圖1 Stephen Wiesner | 來源：其女Sarah Wiesner
一位心愿是世界和平的猶太教徒、建筑工人和量子物理先驅(qū)。撰文 | 墨子量子科技基金會
責(zé)編 | 王一葦
2021年8月13日，美國猶太裔理論物理學(xué)家斯蒂文·威斯納（Stephen Wiesner）在以色列逝世，享年79歲。他因在量子信息理論、量子貨幣和量子多路復(fù)用領(lǐng)域的工作而聞名于世。當(dāng)今量子信息蓬勃發(fā)展，而Wiesner早在1960年代末就為量子信息知識體系做出了劃時代的貢獻(xiàn)。但遺憾的是，關(guān)于這位傳奇人物并沒有太多公開資源可供閱讀與了解，因為他在世的最后這些年幾乎可以說是枕山棲谷，避世絕俗。即便如此，我們還是可以通過歷史資料記錄中他為科學(xué)事業(yè)所做出的貢獻(xiàn)，和學(xué)界口耳相傳其立身處世的態(tài)度與作風(fēng)，來了解這位傳說中的 “量子隱士”。
Wiesner提出了量子信息理論中幾個最重要的概念，包括影響量子密鑰分發(fā)發(fā)展的量子貨幣（Quantum Money）、不經(jīng)意傳輸?shù)南壤孔佣嗦窂?fù)用（Quantum Multiplexing）和第一個也是最基本的糾纏輔助通信的例子——密集編碼（superdense coding）。1960年代末，Wiesner在美國哥倫比亞大學(xué)就讀研究生期間便撰寫了可以稱為整個量子信息科學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)文獻(xiàn)的《共軛編碼》[1]。但由于第一次向期刊投稿未中，Wiesner就此擱置了這篇論文。[2] 直至1983年，這項超前的工作才被刊登在國際計算機(jī)協(xié)會的期刊 Sigact News [3]上。盡管如此，這項工作以手稿形式的得到廣泛流傳，在量子信息科學(xué)界擦出絢爛的火花，為日后的發(fā)展奠基。圖2 早期密集編碼手稿 | 來源：以色列本·古里安大學(xué)計算機(jī)系科學(xué)系助理教授Or SattathWiesner稱，加密應(yīng)用之所以能夠運(yùn)行，是因為攻擊者無法利用任何物理手段來復(fù)制一個未知的量子比特，以產(chǎn)生處于相同量子態(tài)的第二個量子比特。這一被稱為 “不可克隆原理” 的觀察結(jié)果直到1982年才被命名和發(fā)表 [4]，但Wiesner卻早已在他1960年代末的手稿中將其視為顯而易見的背景。不可克隆原理不僅是量子信息學(xué)的基礎(chǔ)，也是量子密碼學(xué)的基石。這就是為什么以色列本·古里安大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系的助理教授Or Sattath在他的博客中，將Wiesner尊稱為 “量子信息和量子密碼學(xué)之父” [5]。在此之后，Wiesner基于上述工作，提出了一個明確的量子貨幣方案。在他引入量子貨幣概念的同一份手稿中，他還提出了2選1不經(jīng)意傳輸（1-of-2 oblivious transfer），并稱其為多路復(fù)用。1980年代初，Wiesner把共軛編碼工作的基本思想傳達(dá)給了他的好友 Charlie H. Bennett 和加拿大蒙特利爾大學(xué)教授 Gilles Brassard，他們受到這項工作的啟發(fā)，在1984年發(fā)表的論文中提出了量子密鑰分發(fā)協(xié)議，后來被稱為BB84協(xié)議 [6]。2016年8月，“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星發(fā)射升空。2017年9月，量子通信骨干網(wǎng)絡(luò) “京滬干線” 正式開通。其中就應(yīng)用了量子密鑰分發(fā)技術(shù)。在隨后的2018年，Bennett和Brassard因其在量子密碼和量子隱形傳態(tài)的建立和推進(jìn)方面做出突破性貢獻(xiàn) [7]，獲得了沃爾夫物理學(xué)獎。圖3 Charlie Bennett和Gilles Brassard | 來源：BBVA
1942年，Stephen Wiesner 出生于美國，其父親是美國電氣工程學(xué)教授 Jerome Wiesner，曾擔(dān)任MIT校長，以及美國第35任總統(tǒng)約翰·肯尼迪的首席科學(xué)顧問。肯尼迪最著名的決定之一，就是不顧 Jerome Wiesner 的反對，斥巨資完成其 “登月計劃”， 將人類送上月球。Jerome Wiesner 與肯尼迪意見不合，而Stephen與父親的關(guān)系也并不融洽，反而隨時間愈發(fā)疏遠(yuǎn)。Stephen曾透露，他信奉猶太教正統(tǒng)派，是在以自己的方式反抗父親，因為父親曾是一名激進(jìn)的科學(xué)無神論擁護(hù)者。圖4 (左一) Jerome Wiesner和美國前總統(tǒng)肯尼迪 | 來源：ISSUES
Wiesner之所以被稱為 “量子隱士”，是因為早在70年代，Wiesner就離開了學(xué)術(shù)界，加入了猶太教正統(tǒng)派，并從美國搬至以色列，在當(dāng)?shù)爻蔀橐幻ㄖと?。他相?“體力勞動有益于靈魂”。Wiesner的女兒Sarah告訴美國理論計算機(jī)科學(xué)家 Scott Aaronson，Weisner之所以做此選擇，是因為他在硅谷工作時，周末閑暇加入當(dāng)?shù)氐墓呱a(chǎn)合作社，逐漸對太陽能、清潔能源和太空探索產(chǎn)生興趣，希望在這方面努力促使世界變得更加和平和安全。此外，他還希望在太空里建第三座猶太教教堂，來避免教眾們對耶路撒冷的爭奪，停止地球上的戰(zhàn)爭。據(jù)稱，在他建筑工人生涯的幾十年間，Wiesner不僅脫節(jié)于信息時代，更是摒棄了之前的學(xué)術(shù)生活，幾乎喪失了出席一切學(xué)術(shù)研討會的興趣，包括希伯來大學(xué)量子信息系舉辦的研討會，而這些研討會恰恰是他往常與人會面與交涉的機(jī)遇和場合。他與Aaronson的多次交談，也是通過該研討會進(jìn)行的。Aaronson [8] 記得2013年他與Wiesner的一場談話。話語間，Wiesner與他分享了對于美國物理學(xué)機(jī)構(gòu)體制和軍工復(fù)合體的擔(dān)憂，熱情地敦促Aaronson離開學(xué)術(shù)界，找一份 “真正的工作”，同他一樣搬離美國并遷至以色列。因為Wiesner認(rèn)為，法西斯主義和反猶太主義的浪潮即將席卷美國，就像1930年代的德國那樣。圖5 Stephen Wiesner | 來源：Lev Vaidman英國牛津大學(xué)教授 Artur Ekert 回憶了在1993年英格蘭科茨沃爾德舉行的蘭克獎座談會上，見到Wiesner的情景。當(dāng)時，這場座談會可以說是首次量子密碼會議，Ekert邀請Wiesner在會議上做開場演講。在這個會議上，Wiesner僅僅在眾人面前背誦了一首英國浪漫主義詩人 William Wordsworth 所作的詩之后，徑直走出門去，便消失了，只留下面面相覷的參會人員。此舉給在場所有人留下了深刻印象。Ekert打心里佩服Wiesner有勇氣做真正的自己，不受任何社會習(xí)俗的牽絆?；蛟S有些古怪，但非常真實。多倫多大學(xué)計算機(jī)科學(xué)家 Henry Yuen 在其研究生期間（約2011至2016年間）造訪了希伯來大學(xué)，計算機(jī)科學(xué)家 Dorit Aharonov 將 Yuen 介紹給了Wiesner，并表示W(wǎng)iesner當(dāng)時已經(jīng)在以色列的沙漠中生活了一段時間，專注于建造自制激光器。在提及激光器時，Wiesner表現(xiàn)得十分興奮，拉開他的背包拉鏈，拿出一個用膠帶綁在一起的小玩意，上面還安了一塊巨大的電池。這不是隨隨便便在商店里能買到的激光筆，而是真的可能損傷人眼的裝備，但沒人知道他做這個是為了什么。而 Dorit Aharonov 對這位古怪又有點(diǎn) “危險” 的學(xué)者也有著很深刻的印象，她回憶在2010-2016/2017年間，Wiesner經(jīng)常參加希伯來大學(xué)舉辦的量子小組研討會，公開向小組成員們分享他原創(chuàng)且大膽的想法與觀點(diǎn)，態(tài)度謙虛。這些想法與觀點(diǎn)涵蓋各個主題，從可持續(xù)能源到如何更有效地將宇宙飛船開往空中等。
2019年，Wiesner因其關(guān)于共軛編碼的原創(chuàng)概念，啟發(fā)了實用量子密碼學(xué)的發(fā)現(xiàn)，與 Charlie H. Bennett、Gilles Brassard、Artur Ekert、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉和奧地利維也納大學(xué)教授 Anton Zeilinger 一同獲得了第二屆 “墨子量子獎” [9]。圖7 首屆“墨子量子獎”頒獎典禮 | 來源：Micius Quantum Prizes在評獎之后，墨子量子科技基金會沒有辦法通過郵件或電話方式聯(lián)系到Wiesner，只能通過他的朋友 Charlie H. Bennett 與他取得聯(lián)系。Wiesner從始至終都表現(xiàn)非常冷淡，即便獲得了獎項，他也拒絕出席頒獎典禮?？陀^上，Wiesner當(dāng)時已77歲高齡，長途旅行對他來說著實不易。墨子量子科技基金會經(jīng)過討論，決定建立偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)無論如何應(yīng)當(dāng)受到世人認(rèn)可和尊敬的原則，即使這些發(fā)現(xiàn)是由那些不愿被公開宣傳、不適應(yīng)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)或世俗社會結(jié)構(gòu)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”）?；诖耍恿孔涌萍蓟饡评试SWiesner在不出席頒獎儀式的條件下獲獎。遺憾的是，Wiesner在獲得 “墨子量子獎” 兩年后便去世了，而這一他未能親手接過的獎項也成為了銘記他的科學(xué)貢獻(xiàn)的唯一國際大獎。
在和墨子量子科技基金會為數(shù)不多的幾封郵件回復(fù)中，Wiesner曾寫道，他非常敬仰中國的太空項目，可以讓人們仰望星空，而不是在地球上爭奪土地和資源。愿這位先驅(qū)、怪人、隱士，可以在太空中安息。圖8 1970年的Wiesner | 來源：Scott Aaronson博客Wiesner憑借其與時代不符的超前遠(yuǎn)見，特別是在密碼學(xué)方面，成為一系列寶貴工作的奠基者。他的人生軌跡非凡、卓越，無時無刻不在激勵著更多的科研工作者們創(chuàng)造出引領(lǐng)時代的學(xué)術(shù)成就。Aaronson在他的博客最后發(fā)問：誰又會是我們這個時代的 Stephen Wiesner 呢？即便這樣的人存在，我們會比Wiesner的同時代人更快地認(rèn)識到他們超越時代的遠(yuǎn)見卓識嗎？ 參考資料：（可上下滑動瀏覽）
[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
