Беннетт, Чарльз (физик)

Родители Чарльза, Энн и Бойд Беннетты были учителями музыки^[6].

В 1960 году окончил школу в Нью-Йорке (Кротон-Хармонская Высшая Школа) и поступил в Брандейский университет в Уолтеме^[2], где обучался химии и в 1964 получил степень бакалавра наук по ней. В том же 1964 году поступил в Гарвардский университет и начал заниматься исследованиями по молекулярной динамике под руководством Дэвида Тернбулла и Берни Олдера. В 1971 он получил степень доктора наук за компьютерную симуляцию молекулярного движения. Затем Беннетт продолжил исследования уже под руководством Энисура Рахмана в Аргоннской национальной лаборатории и занимался ими ещё год^[6].

В 1972 году Чарльз Беннетт пришёл в IBM Research. В это же самое время другой физик — Рольф Ландауэр занимался в IBM Research задачами связанными с теоретической информатикой. Это оказало глубокое влияние на Беннетта, будущего основоположника квантовой информатики, и сформировались его интересы связанные с физикой и информатикой^[6].

В 1973 году Чарльз Беннетт опубликовал статью о логической обратимости вычислений, в которой, опираясь на работы Рольфа Ландауэра, показал что вычисления могут производиться обратимым путём. Он, в какой-то мере, предугадал главную идею квантовых компьютеров — обратимость вычислений^[6].

В 1982 году Чарльз Беннетт, опираясь на теорию информации, предложил ещё одну интерпретацию Демона Максвелла, которая показывает, что конечный объём памяти обязательно приведёт к уничтожению информации, что в свою очередь является термодинамически необратимым процессом^[7]. Он также предложил алгоритм вычисления разности свободных энергий двух систем, который получил название Bennett acceptance ratio метод.

С 1983 по 1985 годы Чарльз Беннетт читал лекции по криптографии и вычислительной физике в Бостонском университете^[6].

Квантовая криптография

В 1984 Чарльз Беннетт, совместно с Жилем Брассаром из Монреальского университета, предложил первый квантовый протокол шифрования информации BB84, основанный на принципе неопределённости Гейзенберга. В то время как большинство традиционных методов основаны на вычислительной сложности алгоритмов, например, факторизация. Беннетт предложил отправить по одному, случайно поляризованному, фотону каждому из собеседников. Таким образом можно установить защищённое соединение между собеседниками без начальной секретной информации. Впоследствии, вместе с Джоном Смолином, создал первый квантовый генератор ключей. После этого началось бурное развитие квантовой криптографии с использованием оптоволокна и в свободном пространстве^[2][6]. Протокол BB84 применяется на практике в действующих оптоволоконных и спутниковых линиях связи, а также в банковском секторе^[8][9].

Алгоритмическая теория информации

Параллельно с исследованиями по квантовой криптографии Чарльз Беннетт внёс вклад в развитие алгоритмической теории информации. Он ввёл другое определение меры внутренней сложности физического состояния (логическая сложность), отличное от определения меры сложности по Колмогорову^[6].

Квантовое сверхплотное кодирование

В начале 1990-х Чарльз Беннетт заинтересовался необычными взаимосвязями квантовых состояний, открытыми в 1930-х годах Эйнштейном, Подольским, Розеном и Шрёдингером, которые называются квантовой запутанностью. В 1992, совместно с Стивеном Вайзнером, Беннетт опубликовал статью, которая произвела революционные изменения в теории коммуникации. В статье говорилось о том, что с помощью одного квантового бита (например фотона с двумя поляризациями) благодаря паре «запутанных» квантовых частиц становится возможным отправить два бита информации. Это позволяет обойти границу Холево, согласно которой один квантовый бит может передать только один бит информации. Явление получило название квантового сверхплотного кодирования^[6].

Квантовая телепортация

В этом же году в Монреале проходил семинар Уильяма Вуттерса. На нём горячо обсуждались проблемы связанные с оптимальной передачей квантового состояния между двумя лабораториями, находящимися далеко друг от друга. В дискуссии принимали участие Эшер Перес, Ричард Джозе, Клод Крепье и Жиль Брассар. Перес упомянул, что по случаю своего 50-летия Беннетт задал фундаментальный вопрос: «Что произойдёт если мы дадим каждой лаборатории по одной частице из пары запутанных?». Эта идея послужила основой для открытия явления квантовой телепортации.

В 1993 году опубликовали статью в Physical Review Letters под названием «Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels»^[10], которую написали участники дискуссии в Монреале. В статье учёные показали, что, имея в каждой из лабораторий пару запутанных частиц, а также возможность обменяться двумя битами информации, можно передать квантовую информацию от первой частицы ко второй, которая находится в удалённой лаборатории. Квантовая информация стирается с первой частицы и затем восстанавливается на второй благодаря их запутанности. Несколько лет спустя и квантовое сверхплотное кодирование, и квантовая телепортация были проверены экспериментально. Эксперименты были проведены командой Антона Цайлингера^[6].

Женат, трое взрослых детей. Увлекается фотографией и музыкой^[6].

• International Quantum Communication Award (1996)^[13]
• Премия Ранка (2006)
• Почётный доктор Гданьского университета (2006)^[6]
• Премия Харви (2008)
• Премия Окава (2010)
• Thomson Reuters Citation Laureate по физике (2012)^[14]
• Медаль Дирака (2017)
• Премия Вольфа по физике (2018)^[15]
• BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award (2019)
• Micius Quantum Prize (2019)^[16]
• Премия Шеннона (2020)
• Премия по фундаментальной физике (2023)
• Премия Тьюринга (2025)^[17][18]