国际计算机协会（ACM）4月15日宣布，斯科特·阿伦森因对量子计算的开创性贡献荣获2021年ACM计算奖。

ACM计算奖用以表彰处于职业生涯中早期、其贡献具有根本且广泛的影响的计算机科学家。ACM主席加布里埃尔·科蒂斯（Gabriele Kotsis）说：“没有哪个技术领域具有量子计算这么大的潜力。”

量子计算的目标是，利用量子物理学制造能够解决经典计算机无法解决或无法在任何合理时间内解决的问题的设备。阿伦森展现了来自计算复杂性理论的结果如何为量子物理学提供新见解，并阐明了量子计算机将能做什么，不能做什么。

他还推广了“量子霸权”（quantum supremacy）的概念——当一个量子设备能解决一个经典计算机无法在合理时间内解决的问题时，这就是一个里程碑了。阿伦森建立了量子霸权实验的众多理论基础。这类实验使科学家们能够给出令人信服的证据，证明量子计算机可以实现指数级的加速，而无须事先构建一个完全容错的量子计算机。

斯科特·阿伦森 / Scott Aaronson

理论计算机科学家、量子计算理论学家，得克萨斯大学奥斯汀分校计算机科学“David J. Bruton百年教授”，曾在麻省理工学院教授电子工程和计算机科学。

主要研究领域为理论计算机科学。其研究兴趣集中在探索量子计算机的能力和极限，以及更广泛的计算复杂性理论。阿伦森毕业于康奈尔大学，获得加州大学伯克利分校计算机科学博士学位。其主要贡献有：玻色子取样，量子计算机的基本极限，经典复杂性理论，科普量子计算。

荣获奖项：

• 2018年，Tomassoni Chisesi物理学奖

• 2017年，Simons研究员奖

• 2012年，美国国家科学基金会的Alan T. Waterman奖

• 2021年，国际计算机协会的ACM计算奖

今天这篇文章除了要恭喜阿伦森获得“2021年ACM计算奖”，更重要当然是向大家安利好书啦！

阿伦森撰写并出版的唯一一本科普读物《量子计算公开课：从德谟克利特、计算复杂性到自由意志》，这本书曾获得国内外众多读者好评。

该书中文版将由图灵新知首次引进国内翻译出版！预计2021年将会正式与大家见面！

《量子计算公开课：从德谟克利特、计算复杂性到自由意志》原版书封

编辑推荐

• 阿伦森为中文版重新撰写了序言，针对从英文原版问世至今，其间量子计算领域的各种新发展做了跟进性总结。

• 本书由阿伦森的课堂讲义整理而成，讲述了量子计算最根本、最基础的知识。作者将量子计算置于数学、计算科学、哲学等更广阔的领域中，谈及计算理论、集合论、图灵机、NP问题、随机性、数学逻辑、量子计算、隐变量理论、人择原理、自由意志、时间旅行和复杂性等多个话题。作者思考深刻，发人深省，不仅探讨了量子计算对相关领域难题的重大意义，而且试图回答两个大问题：宇宙和物理世界是如何运作的？它们为什么这样运作？

• 本书适合爱好科普的普通大众读者，尤其是物理学、计算机科学、数学、哲学等内容感兴趣的读者；计算理论、计算机科学、物理学和量子物理学的从业者或专业人士也可将本书作为参考读物。

中文版序言

本书内容源于我在2006年于加拿大滑铁卢大学教授的一门课程。7年后，我写成了你手上的这本书。当年，序言的结尾是这样的：“我希望到2020年，这本2013年的书将非常需要修订，就像2006年的讲义之于2013年一样。”

当我写下这篇序言的时候，已经是2020年6月，这时发生了许多我在2013年未能预料到的事情：一场流行病正在全世界肆虐，造成数十万人死亡，经济面临崩溃，学校（包括我所在的大学）停课关闭。在过去的几周里，美国爆发了反种族主义和警察暴行的抗议活动，人们不顾疫情的危险上街抗议。

但是，这本书自己呢？7年来，它是怎么“生存”下来的？我这里既有坏消息，也有（对读者来说的）好消息：它没有过时。量子计算及其周边学科的知识基础基本维持了原样。不过，我还是想讨论一下，这些年发生了哪些变化。

从2013年到2020年，量子计算领域发生了一些惊人的转变，从追求学术进步转向重大的技术竞赛。中国、美国和欧盟都决定为量子计算研究投入数十亿美元。谷歌、微软、IBM、亚马逊、阿里巴巴、英特尔和霍尼韦尔等资金雄厚的团队，都开始研制量子计算机，要么提供与量子计算相关的软件和服务，要么仅仅做“量子衍生”的经典计算。除了这些行业巨头，几十家投身量子计算的初创公司也加入了这场竞赛。

毫无疑问，在这一时期，量子计算的最高成就是所谓的“量子霸权”，这是谷歌的一个团队在2019年秋天提出的概念。第一次，人们利用可编程量子计算机来运行任何当前已知的算法，试图超越地球上任何一台经典计算机。谷歌的处理器名为“Sycamore”，拥有53个超导量子比特的处理器在绝对零度以上百分之一度的冷却环境下运转，在大约3分钟内解决了一个定义明确但可能毫无用处的采样问题。

相比之下，经典计算机即使有几十万个处理器并行运作，其进行的最快模拟也需要几天。啊，有没有可能实现一个更好的经典模拟？这是量子复杂性中一个悬而未决的问题。针对这个问题的讨论一直围绕着我和其他同行在过去十年里所做的理论工作。而理论工作借鉴了我在2004年提出的PostBQP=PP定理。这本书会对此做出解释。

在过去的7年里，量子计算理论取得了一点儿突破，其中一些成果解决了本书中提到的开放性问题。

2018年，兰·拉茨（Ran Raz）和阿维什·塔尔（Avishay Tal）预言，PH（多项式层级）中不包含BQP（有限错误量子多项式时间类，见第10章）。这解决了自1993年以来一个重要的开放性问题：BQP在何处与经典复杂性类相关（至少在“黑盒子”中）？这是什么意思？读一读这本书吧。拉茨和塔尔的证明就使用了我在2009年定义的一个备选问题，名为“Forrelation”问题。

也许，最引人注目的成就是在2020年，季铮锋、阿南德·纳塔拉詹（Anand Natarajan）、托马斯·维迪奇（Thomas Vidick）、约翰·赖特（John Wright）和亨利·袁（Henry Yuen）证明了MIP*=RE。这里MIP*是指使用具备了量子纠缠证明器（和经典多项式时间验证器）的多验证程序交互证明系统可以解决的一类问题。而RE表示递归可枚举：这不仅包括所有可计算问题，甚至包括臭名昭著的停机问题！

在另一个方向上，过去7年见证了量子信息和量子引力之间惊人的融合——这一现象在2013年本书问世时才刚刚开始，而我在书中将之称为一个令人兴奋的新方向。从那时起，“量子比特信息技术”合作将量子计算理论家、弦论学家和前弦论专家聚集在一起，共同开发出一种共享语言。

自本书出版以来，有人认为它过分抬高了计算机科学，特别是计算复杂性，这对于理解物理世界的基础来说，偏离得实在太远了。然而，即使我当初没有足够的胆量去假设类似上述的那些联系，它们如今也早已或多或少成了量子引力研究的主流。

我很自豪在多年前撰写了本书。随着时间的推移，我自己并没有修改这本书的特殊意愿，甚至我好久都没有重读它了。如果这本书能记录下我在某个特定时刻所知道、相信和关心的事情，那不是更好吗？

决定我人生的智力探索——将计算、物理、数学和哲学整合成一种连贯的世界图景的探索——可能永远不会结束。但它确实需要从某个地方开始。我很荣幸，你选择这本书作为开始或继续自己探索的新起点。祝你阅读愉快。

斯科特·阿伦森

得克萨斯州，奥斯汀，2020年6月

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