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纪念 “量子隐士” 斯蒂文·威斯纳(1942-2021)

图1 Stephen Wiesner | 来源:其女Sarah Wiesner
 
导 读
 
一位心愿是世界和平的犹太教徒、建筑工人和量子物理先驱。
 
撰文 | 墨子量子科技基金会
 
责编 | 王一苇
 
2021年8月13日,美国犹太裔理论物理学家斯蒂文·威斯纳(Stephen Wiesner)在以色列逝世,享年79岁。他因在量子信息理论、量子货币和量子多路复用领域的工作而闻名于世。当今量子信息蓬勃发展,而Wiesner早在1960年代末就为量子信息知识体系做出了划时代的贡献。
 
但遗憾的是,关于这位传奇人物并没有太多公开资源可供阅读与了解,因为他在世的最后这些年几乎可以说是枕山栖谷,避世绝俗。即便如此,我们还是可以通过历史资料记录中他为科学事业所做出的贡献,和学界口耳相传其立身处世的态度与作风,来了解这位传说中的 “量子隐士”。
 
1 超前于时代的贡献
 
Wiesner提出了量子信息理论中几个最重要的概念,包括影响量子密钥分发发展的量子货币(Quantum Money)、不经意传输的先例——量子多路复用(Quantum Multiplexing)和第一个也是最基本的纠缠辅助通信的例子——密集编码(superdense coding)。
 
1960年代末,Wiesner在美国哥伦比亚大学就读研究生期间便撰写了可以称为整个量子信息科学领域基础文献的《共轭编码》[1]。但由于第一次向期刊投稿未中,Wiesner就此搁置了这篇论文。[2] 直至1983年,这项超前的工作才被刊登在国际计算机协会的期刊 Sigact News [3]上。尽管如此,这项工作以手稿形式的得到广泛流传,在量子信息科学界擦出绚烂的火花,为日后的发展奠基。
图2 早期密集编码手稿 | 来源:以色列本·古里安大学计算机系科学系助理教授Or Sattath
 
Wiesner称,加密应用之所以能够运行,是因为攻击者无法利用任何物理手段来复制一个未知的量子比特,以产生处于相同量子态的第二个量子比特。这一被称为 “不可克隆原理” 的观察结果直到1982年才被命名和发表 [4],但Wiesner却早已在他1960年代末的手稿中将其视为显而易见的背景。
 
不可克隆原理不仅是量子信息学的基础,也是量子密码学的基石。这就是为什么以色列本·古里安大学计算机科学系的助理教授Or Sattath在他的博客中,将Wiesner尊称为 “量子信息和量子密码学之父” [5]。
 
在此之后,Wiesner基于上述工作,提出了一个明确的量子货币方案。在他引入量子货币概念的同一份手稿中,他还提出了2选1不经意传输(1-of-2 oblivious transfer),并称其为多路复用。
 
1980年代初,Wiesner把共轭编码工作的基本思想传达给了他的好友 Charlie H. Bennett 和加拿大蒙特利尔大学教授 Gilles Brassard,他们受到这项工作的启发,在1984年发表的论文中提出了量子密钥分发协议,后来被称为BB84协议 [6]。
 
2016年8月,“墨子号”量子科学实验卫星发射升空。2017年9月,量子通信骨干网络 “京沪干线” 正式开通。其中就应用了量子密钥分发技术。在随后的2018年,Bennett和Brassard因其在量子密码和量子隐形传态的建立和推进方面做出突破性贡献 [7],获得了沃尔夫物理学奖。
图3 Charlie Bennett和Gilles Brassard | 来源:BBVA
 
2 与父亲立场相左
 
1942年,Stephen Wiesner 出生于美国,其父亲是美国电气工程学教授 Jerome Wiesner,曾担任MIT校长,以及美国第35任总统约翰·肯尼迪的首席科学顾问。肯尼迪最著名的决定之一,就是不顾 Jerome Wiesner 的反对,斥巨资完成其 “登月计划”, 将人类送上月球。
 
Jerome Wiesner 与肯尼迪意见不合,而Stephen与父亲的关系也并不融洽,反而随时间愈发疏远。Stephen曾透露,他信奉犹太教正统派,是在以自己的方式反抗父亲,因为父亲曾是一名激进的科学无神论拥护者。
图4 (左一) Jerome Wiesner和美国前总统肯尼迪 | 来源:ISSUES
 
3 以色列的建筑工人
 
Wiesner之所以被称为 “量子隐士”,是因为早在70年代,Wiesner就离开了学术界,加入了犹太教正统派,并从美国搬至以色列,在当地成为一名建筑工人。他相信 “体力劳动有益于灵魂”。Wiesner的女儿Sarah告诉美国理论计算机科学家 Scott Aaronson,Weisner之所以做此选择,是因为他在硅谷工作时,周末闲暇加入当地的果蔬生产合作社,逐渐对太阳能、清洁能源和太空探索产生兴趣,希望在这方面努力促使世界变得更加和平和安全。此外,他还希望在太空里建第三座犹太教教堂,来避免教众们对耶路撒冷的争夺,停止地球上的战争。
 
据称,在他建筑工人生涯的几十年间,Wiesner不仅脱节于信息时代,更是摒弃了之前的学术生活,几乎丧失了出席一切学术研讨会的兴趣,包括希伯来大学量子信息系举办的研讨会,而这些研讨会恰恰是他往常与人会面与交涉的机遇和场合。他与Aaronson的多次交谈,也是通过该研讨会进行的。
 
Aaronson [8] 记得2013年他与Wiesner的一场谈话。话语间,Wiesner与他分享了对于美国物理学机构体制和军工复合体的担忧,热情地敦促Aaronson离开学术界,找一份 “真正的工作”,同他一样搬离美国并迁至以色列。因为Wiesner认为,法西斯主义和反犹太主义的浪潮即将席卷美国,就像1930年代的德国那样。
图5 Stephen Wiesner | 来源:Lev Vaidman
 
4 “怪客” 的浪漫主义
 
英国牛津大学教授Artur Ekert回忆了在1993年英格兰科茨沃尔德举行的兰克奖座谈会上,见到Wiesner的情景。
 
当时,这场座谈会可以说是首次量子密码会议,Ekert邀请Wiesner在会议上做开场演讲。在这个会议上,Wiesner仅仅在众人面前背诵了一首英国浪漫主义诗人 William Wordsworth 所作的诗之后,径直走出门去,便消失了,只留下面面相觑的参会人员。
 
此举给在场所有人留下了深刻印象。Ekert打心里佩服Wiesner有勇气做真正的自己,不受任何社会习俗的牵绊。或许有些古怪,但非常真实。
图6 Artur Ekert | 来源:CQT
 
5 “危险” 的激光器
 
多伦多大学计算机科学家 Henry Yuen 在其研究生期间(约2011至2016年间)造访了希伯来大学,计算机科学家 Dorit Aharonov 将 Yuen 介绍给了Wiesner,并表示Wiesner当时已经在以色列的沙漠中生活了一段时间,专注于建造自制激光器。在提及激光器时,Wiesner表现得十分兴奋,拉开他的背包拉链,拿出一个用胶带绑在一起的小玩意,上面还安了一块巨大的电池。这不是随随便便在商店里能买到的激光笔,而是真的可能损伤人眼的装备,但没人知道他做这个是为了什么。
 
而Dorit Aharonov对这位古怪又有点 “危险” 的学者也有着很深刻的印象,她回忆在2010-2016/2017年间,Wiesner经常参加希伯来大学举办的量子小组研讨会,公开向小组成员们分享他原创且大胆的想法与观点,态度谦虚。这些想法与观点涵盖各个主题,从可持续能源到如何更有效地将宇宙飞船开往空中等。
 
6 无名英雄和墨子奖
 
2019年,Wiesner因其关于共轭编码的原创概念,启发了实用量子密码学的发现,与 Charlie H. Bennett、Gilles Brassard、Artur Ekert、中国科学技术大学教授潘建伟和奥地利维也纳大学教授 Anton Zeilinger 一同获得了第二届 “墨子量子奖” [9]。
图7 首届“墨子量子奖”颁奖典礼 | 来源:Micius Quantum Prizes
 
在评奖之后,墨子量子科技基金会没有办法通过邮件或电话方式联系到Wiesner,只能通过他的朋友 Charlie H. Bennett 与他取得联系。Wiesner从始至终都表现非常冷淡,即便获得了奖项,他也拒绝出席颁奖典礼。客观上,Wiesner当时已77岁高龄,长途旅行对他来说着实不易。
 
墨子量子科技基金会经过讨论,决定建立伟大的科学发现无论如何应当受到世人认可和尊敬的原则,即使这些发现是由那些不愿被公开宣传、不适应学术机构或世俗社会结构的人做出的(“establish the principle that great scientific discoveries ought to be honored even when they are made by people who shun publicity and do not fit comfortably into academic or institutional social structures”)。基于此,墨子量子科技基金会破例允许Wiesner在不出席颁奖仪式的条件下获奖。
 
遗憾的是,Wiesner在获得 “墨子量子奖” 两年后便去世了,而这一他未能亲手接过的奖项也成为了铭记他的科学贡献的唯一国际大奖。
 
7 仰望星空的人
 
在和墨子量子科技基金会为数不多的几封邮件回复中,Wiesner曾写道,他非常敬仰中国的太空项目,可以让人们仰望星空,而不是在地球上争夺土地和资源。愿这位先驱、怪人、隐士,可以在太空中安息。
图8 1970年的Wiesner | 来源:Scott Aaronson博客
 
Wiesner凭借其与时代不符的超前远见,特别是在密码学方面,成为一系列宝贵工作的奠基者。他的人生轨迹非凡、卓越,无时无刻不在激励着更多的科研工作者们创造出引领时代的学术成就。
 
Aaronson在他的博客最后发问:谁又会是我们这个时代的 Stephen Wiesner 呢?即便这样的人存在,我们会比Wiesner的同时代人更快地认识到他们超越时代的远见卓识吗?
 
参考资料:
 
[1]http://users.cms.caltech.edu/~vidick/teaching/120_qcrypto/wiesner.pdf
 
[2]https://arxiv.org/pdf/quant-ph/0604072.pdf
 
[3]https://dl.acm.org/newsletter/sigact
 
[4]https://www.nature.com/articles/299802a0
 
[5]https://orsattath.wordpress.com/2021/08/14/stephen-wiesner/
 
[6]https://web.archive.org/web/20160304001921/https://www.cs.ucsb.edu/~chong/290N-W06/BB84.pdf
 
[7]http://html.rhhz.net/kjdb/20192112.htm
 
[8]https://www.scottaaronson.com/blog/?p=5730#comments
 
[9]http://miciusprize.org/index/lists/003002



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