牛津大學(xué)克拉倫登物理實驗室（Clarendon Physics Laboratory）的樓梯間掛著一張1990年代末的合照，一眾衣著整齊的物理學(xué)家齊聚草坪，紀(jì)念量子計算中心的創(chuàng)立。突兀又詭異的一角，David Deutsch 的頭像通過 PS 技術(shù)被放在遠(yuǎn)處，光影與其他人均不同步，看起來就像是被傳送到照片中的時空旅行者。這番設(shè)計好似同僚間的玩笑，或許也是對 Deutsch 研究項目的隱喻。

這位瘦削異常的物理學(xué)家是量子力學(xué)“多世界詮釋”（Many Worlds Interpretation）的支持者，他認(rèn)為量子計算將是首個能讓平行宇宙之間協(xié)作執(zhí)行任務(wù)的技術(shù)。他的一篇論文奠定了量子計算理論的基礎(chǔ)、開辟了物理學(xué)的新領(lǐng)域。他還設(shè)計了第一個超越最佳等效經(jīng)典算法的量子算法，最早展示了量子計算和經(jīng)典計算在解決具體問題時所具有的明顯差異，推動了量子計算的發(fā)展，被譽為“量子計算之父”。

David Deutsch 在1953年出生于以色列海法，是牛津大學(xué)的英國物理學(xué)家。他曾在劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)物理，后來又在牛津大學(xué)攻讀博士學(xué)位。Deutsch 是牛津大學(xué)量子計算中心的創(chuàng)始成員，該中心于1998年成立，他也是牛津大學(xué)克拉倫登實驗室量子計算中心（CQC）原子和激光物理系的客座教授。正是由于在量子理論方面的非凡突破，Deutsch 獲得了2021年的艾薩克·牛頓獎（Isaac Newton Prize），還獲得了一枚獎?wù)耓1]。該國際獎項由出版《Physics World》的英國皇家物理學(xué)會（Institute of Physics，IOP）頒發(fā)，每年頒發(fā)一次，以表彰對物理學(xué)做出杰出貢獻的人。Isaac Newton Prize 也是英國皇家物理學(xué)會唯一向全球物理學(xué)家開放的獎項，此前的獲獎?wù)甙?Thomas Kibble，Deborah Jin 和 Ed Witten。Deutsch還曾獲得狄拉克獎（Dirac Prize）、墨子量子獎（Micius Quantum Prize）和基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎（Breakthrough Prize in Fundamental Physics）。

諾貝爾獎得主、物理學(xué)家 Richard Feynman 曾說：“當(dāng)想象力延展至極限，不是像小說中那樣去想象真實世界不存在的東西，而是去理解那些切實存在的東西?！闭缥锢韺W(xué)的發(fā)展歷史，能看到一個個荒謬絕倫的想法被證明切實無誤。提及量子計算，人們大抵會想到1981年在麻省理工學(xué)院舉辦的第一屆計算中的物理大會（First conference on the Physics of Computation）上，F(xiàn)eynman 做出的關(guān)于量子計算的演講。物理學(xué)家似乎也總是處于不斷接受奇詭理論的歷程中，Deutsch 的早期工作成果曾因“太哲學(xué)”被多家物理期刊拒收，有些發(fā)表了的論文也只有少數(shù)人能夠理解。

早在1985年，David Deutsch? 發(fā)表了他的開創(chuàng)性工作“Quantum theory, the Church–Turing principle and the universal quantum computer”[2]。在論文中，他重新思考了“計算機科學(xué)之父”Alan Turing 提出的丘奇-圖靈論題（Church–Turing thesis），認(rèn)為經(jīng)典圖靈機只是基于經(jīng)典物理學(xué)的構(gòu)想，并不能完美模擬任何物理意義上可實現(xiàn)的系統(tǒng)。對此，Deutsch 提出了基于量子物理學(xué)的通用計算機，它的計算能力是圖靈機無法比擬的。Deutsch 這篇論文的靈感源于1980年代初與美國物理學(xué)家查爾斯·貝內(nèi)特（Charles Bennett）的一次對話，當(dāng)他們談到當(dāng)時的一個新領(lǐng)域——Computational-complexity theory，Deutsch 困惑于計算復(fù)雜性是一種基本屬性還是相對屬性，而貝內(nèi)特提出“最基礎(chǔ)的計算機是物理學(xué)本身”，啟發(fā)了 Deutsch 對圖靈通用機在量子物理角度的思考。Deutsch 在論文中還指出通用量子計算機的若干特性，如量子關(guān)聯(lián)、量子并行性、量子算法優(yōu)勢，很多概念都極大地影響了后來的量子計算領(lǐng)域。這篇文章詳細(xì)闡述了量子理論和通用量子計算機之間的關(guān)系，具體來說，當(dāng)時有人認(rèn)為在丘奇-圖靈假說的基礎(chǔ)上有一個隱含的物理原理：每一個有限可實現(xiàn)的物理系統(tǒng)都可以被一個以有限方式運行的通用模型計算機完美地模擬出來。這篇工作就描述了一類模型計算機，它是圖靈機的量子推廣形式，并表明量子理論和通用量子計算機與上面的原理是相容的。原則上，通用量子計算機是可以被制造出來的，并且具有許多任何圖靈機都無法復(fù)制的顯著特性。在這篇論文中，Deutsch 還建議使用糾纏態(tài)和貝爾定理進行量子密鑰分配。而四年后，36歲的 David Deutsch 還發(fā)展了量子計算門和網(wǎng)絡(luò)理論，這也是今天量子信息科學(xué)的基礎(chǔ)。

David Deutsch 對量子算法的研究始于1985年的這篇論文，并在后來1992年與 Richard Jozsa 一起提出了 Deutsch-Jozsa 算法，該算法是已知最早的、較任何確定性經(jīng)典算法都具有指數(shù)級加速的量子算法之一[3]。具體來說，D-J 算法針對的是一個人工精心設(shè)計的問題，它證明了量子算法相對于經(jīng)典算法有指數(shù)級別的加速能力：經(jīng)典算法的驗證次數(shù)是 O(2^n) 的，量子算法算上疊加態(tài)的準(zhǔn)備和測量的時間，需要的操作步驟為 O(n)，所以我們說明量子算法相對于經(jīng)典算法具有指數(shù)級別加速的特性。不過 D-J 算法的問題在于它解決的問題既不實用，又具有很大的限制，另外我們還對黑盒子本身的形態(tài)有要求，所以說 D-J 算法的理論意義是遠(yuǎn)大于其實用意義的。

值得一提的是，David Deutsch 還撰寫過兩本書，一本是《現(xiàn)實的結(jié)構(gòu)》，另一本叫《無限的開始》，這兩本書都是面向普通讀者的。在1997年出版的《現(xiàn)實的結(jié)構(gòu)》一書中，Deutsch 詳細(xì)介紹了他的“萬物理論”。它的目的不是將一切都還原為粒子物理學(xué)，而是多元宇宙、計算、認(rèn)識論和進化原理之間的相互支持，他的萬物理論有些是自然涌現(xiàn)論而非還原論[4]。而第二本書《無限的開始：改變世界的解釋》于2011年出版。在這本書中，他將17世紀(jì)和18世紀(jì)的歐洲啟蒙運動視為有目的的知識創(chuàng)造的潛在無休止序列的開始。他研究了知識、迷因的本質(zhì)，以及人類創(chuàng)造力如何以及為何進化[5]。David Deutsch 敬佩的一些思想家包括：Karl Popper，Michael Faraday，William Godwin，Thomas Macaulay 和 Richard Feynman。

最后，我們引用在2008年被提名當(dāng)選為英國皇家學(xué)會（FRS）院士時，對 David Deutsch 貢獻的總結(jié)：

“奠定了量子計算理論的基礎(chǔ)，并隨后取得或參與了該領(lǐng)域的許多最重要的進展，包括發(fā)現(xiàn)第一個量子算法、量子邏輯門和量子計算網(wǎng)絡(luò)的理論，第一個量子糾錯方案，以及幾個基本的量子普遍性結(jié)果。他為這個全新的跨學(xué)科領(lǐng)域的全球研究工作制定了議程，在理解其哲學(xué)含義（通過多宇宙解釋的變體）方面取得了進展，并使其為公眾所理解，尤其是在他的著作《現(xiàn)實的結(jié)構(gòu)》中?！?/p>

Reference:

[1] "Quantum physicist David Deutsch bags Isaac Newton Medal and Prize". 30 November 2021.

[2] Deutsch, David (1985). "Quantum theory, the Church-Turing principle and the universal quantum computer".?Proceedings of the Royal Society A.?400?(1818): 97–117.

[3] David Deutsch?&?Richard Jozsa. "Rapid solutions of problems by quantum computation". Proceedings of the Royal Society of London A. 1992,?439?(1907): 553–558.

[4] Deutsch, David. "The Fabric of Reality".

[5] Deutsch, David. "The beginning of infinity: explanations that transform the world".