2025年圖靈獎給兩位「量子密鑰之父」：一場泳池邂逅，如何畫出對抗量子電腦的資安底線？
重點一：查爾斯‧班奈特與吉爾斯‧布拉薩德獲頒 2025 年圖靈獎，獎金 100 萬美元，表彰其在量子資訊科學的奠基性貢獻。
重點二：1994 年 Shor 演算法證明量子電腦可瓦解現有 RSA 加密，令 BB84 從學術奇想一躍成為全球資安轉型的核心解方。
重點三：兩人 1984 年發表的 BB84 量子密鑰分發協定，安全性直接根植於物理定律而非數學假設，即便量子電腦也無法破解。
2026 年 3 月 18 日，計算機科學領域最高榮譽「圖靈獎」（A.M. Turing Award）揭曉得獎者：美國物理學家查爾斯‧班奈特（Charles H. Bennett），以及加拿大電腦科學家吉爾斯‧布拉薩德（Gilles Brassard）。
兩人共同獲頒 100 萬美元獎金，表彰他們「在奠定量子資訊科學基礎、以及轉型安全通訊與運算方面的關鍵貢獻」。
這兩個名字，對多數讀者來說或許陌生。但他們在 40 年前所發表的一篇論文，正是當今人類應對量子電腦加密威脅最重要的解方之一。
一場游泳，改變了資安的未來
故事要從 1979 年說起。
那一年 10 月，波多黎各聖胡安。IEEE（國際電機電子工程師學會）電腦科學基礎年會在當地舉行，與會者趁空檔下海游泳。一位留著鬍子的中年男子在海中認出了一個名牌，游向一個他從未見過的年輕人。
那個年輕人，是剛從康乃爾大學拿到博士學位、只有 24 歲的布拉薩德。游向他的，是 IBM 研究實驗室的物理學家班奈特，當時 36 歲。
班奈特對布拉薩德說，他有一個「瘋狂的想法」想分享，來自他的老友史蒂芬‧威斯納（Stephen Wiesner）。
「我被困在水裡出不去，所以只好禮貌地聽著。」 布拉薩德後來回憶道，語帶調侃。
但隨著班奈特繼續說下去，布拉薩德的懷疑慢慢融化了。這個「瘋狂的想法」，其實是嚴肅的物理學。
威斯納那個沒被世界看見的點子
威斯納是班奈特在大學時代的朋友，1960 年代後期在哥倫比亞大學就讀時，提出了一個革命性構想：量子貨幣（quantum money）。
他的邏輯是這樣的：量子力學有一個奇異特性：一旦你去測量一個量子粒子，這個粒子的狀態就會被擾動，留下不可磨滅的痕跡。 換句話說，「觀察」本身就是一種干擾。
威斯納想到，如果每張鈔票裡都儲存了由量子態編碼的唯一序列號，偽造者在嘗試複製時，就一定會破壞原本的量子態，從而讓偽鈔無所遁形。
這是第一次有人試圖把量子力學應用到密碼學與安全通訊上。問題是，這個想法太超前了。威斯納把論文投出去，一再被退稿，最終黯然放棄，在 1970 年代初離開學術界，加入加州的反文化運動，後來移居以色列成為一名建築工人。他當年的那篇量子貨幣論文，要等到 1983 年才終於發表，而他本人則在 2021 年去世。
班奈特一直沒有忘記這個想法。那天在海裡，他告訴了布拉薩德。
十分鐘後，兩人游回岸上，一個新協定的雛形已在腦中成形。
編按：威斯納關於量子貨幣（量子態無法被複製偽造）的原始論文，也就是他在 1960 年代末寫的「Conjugate Coding」。這篇文章投稿屢遭退稿，塵封超過十年，直到 1983 年才在 SIGACT News 發表。
班奈特與布拉薩德的論文是另外兩篇：
- 1983 年：他們自己的地鐵代幣論文（受威斯納啟發後的應用延伸）
- 1984 年：BB84 量子密鑰分發協定
BB84：讓竊聽者無所遁形的密鑰
1984 年，班奈特與布拉薩德發表了一篇論文：《量子密碼學：公鑰分發與拋硬幣》（Quantum Cryptography: Public Key Distribution and Coin Tossing）。這篇論文提出了世界上第一個量子密鑰分發協定，以兩人姓氏首字母命名為 BB84。
BB84 的運作原理並不複雜，但背後的邏輯極為優雅。
傳統的加密系統（如 RSA 公鑰加密）依賴數學難題，例如「將一個極大的數字分解為質因數」。這類問題對現有電腦來說極難計算，所以我們說它「安全」。但「難」不等於「不可能」，若有足夠強大的電腦，這些問題終究可以被破解。
BB84 的革命性在於，它完全跳脫了這個數學框架。它的安全性不依賴任何計算難度假設，而是直接根植於物理定律——具體來說，是量子力學的海森堡測不準原理。
協定的邏輯是：Alice 透過量子通道（如光纖）向 Bob 發送一系列光子，這些光子以不同的量子態編碼訊息。如果有竊聽者 Eve 試圖攔截這些光子，她的任何測量動作都必然擾動光子的量子態。這個擾動會在 Alice 與 Bob 後續的比對中留下統計異常，讓竊聽行為無所遁形。
換言之：任何竊聽者，不管有多厲害的電腦，都無法神不知鬼不覺地偷看量子密鑰。
1989 年 10 月，整整距離那次波多黎各的邂逅十年，班奈特與同事在 IBM 研究室成功演示了世界上第一次量子密鑰分發。
他們的設備相當克難，為了遮擋雜散光線，甚至跑去布料行買了黑色絲絨布，讓店員看得一頭霧水，而且傳輸距離只有 30 公分。
而今天，以衛星為媒介的量子密鑰分發已可跨越 1,000 公里以上。
Shor 演算法讓他們的研究變得「不可避免」
BB84 問世後，一開始只在量子物理與密碼學的交叉圈子裡引起關注。真正的轉捩點，發生在 1994 年。
那一年，麻省理工學院的數學家彼得‧秀爾（Peter Shor）提出了一個震撼業界的量子演算法。他證明，一台足夠強大的量子電腦，可以在多項式時間內分解大質因數。也就是說，它能輕鬆破解 RSA 等現有加密系統。
這個消息讓全球資安界陷入恐慌。現代網際網路上幾乎所有的加密傳輸，從銀行交易到個人通訊，都建立在這套可能被量子電腦瓦解的數學假設上。
布拉薩德後來說：「Shor 的演算法讓我們的想法變得不可避免。」
班奈特與布拉薩德早在十年前就已把解方寫好。量子密鑰分發不依賴數學假設，量子電腦再強大也無法攻破。而他們在 1993 年提出的另一個突破，量子隱形傳態（quantum teleportation），更進一步奠定了量子通訊的基礎。
他們與另外四位研究者合作，展示了如何透過量子糾纏，將一個量子粒子的狀態「傳送」到另一個遠端粒子上。
1996 年，他們又提出「糾纏純化」（entanglement distillation）技術，解決了量子通道中糾纏品質衰減的問題，為大規模量子通訊網路鋪路。
40 年後，「電腦科學的諾貝爾獎」的肯定
圖靈獎，被譽為「計算機科學界的諾貝爾獎」，由計算機協會（ACM）頒發，Google 贊助獎金。今年的得主，是兩位花了 40 年時間，在物理與電腦科學的邊界默默耕耘的研究者。
班奈特今年 82 歲，在 IBM 研究院工作超過 50 年，是美國國家科學院院士與英國皇家學會外籍院士，曾獲沃爾夫物理學獎。布拉薩德今年 70 歲，長期任教於蒙特利爾大學，曾獲加拿大最高榮譽——加拿大勳章。
加州理工大學物理學家約翰‧普雷斯基爾（John Preskill）評價道：「他們幫助建立了這個領域的文化精神，在那個時代，量子資訊科學還在物理與電腦科學的邊緣徘徊。」
德州大學奧斯汀分校電腦科學家史考特‧阿倫森（Scott Aaronson）說：「他們的影響是巨大的。在量子運算甚至還不算一個領域之前，他們就已經在那裡了。」
ACM 主席伊奧阿尼迪斯（Yannis Ioannidis）表示：「班奈特與布拉薩德從根本上改變了人類對資訊本質的理解。」
聯合國將 2025 年定為「國際量子科學技術年」。量子電腦的威脅愈來愈真實，全球資安體系正在緊鑼密鼓地轉型。而轉型的基礎，正是這兩位科學家在 40 年前，從一個泳池邊的相遇開始所寫下的答案。
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資料來源：The New York Times、ACM 2025 Turing Award
本文初稿為 AI 編撰，整理．編輯/ 李先泰
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