读研八年不毕业，她解决了量子计算的一个根本性问题

马哈德夫出席 10 月上旬在加州大学伯克利分校举办的计算机科学研讨会；之后，她在巴黎举行的计算机科学基础学术报告会上发表了演讲。

2017 年春天，乌尔米拉·马哈德夫（Urmila Mahadev）让大多数研究生都很羡慕。她刚刚解决了量子计算领域的一个重大问题。所谓量子计算，研究的是量子计算机，它的算力来自于量子物理学的奇异法则。德州大学奥斯汀分校的计算机科学家斯科特·阿伦森（Scott Aaronson）指出，马哈德夫的新研究成果（称为“盲计算”），加之她早先发表的论文，让所有人看到，“她是一颗冉冉升起的新星”。

当时，28 岁的马哈德夫已经在加州大学伯克利分校念了七年的研究生，早就过了大多数学生迫不及待想要毕业的阶段。现在，她终于具备了完成一篇“漂亮博士论文”的条件，马哈德夫在伯克利的博士生导师优曼许·瓦齐雷尼（Umesh Vazirani）如是说。

不过，马哈德夫没有在那一年毕业，她甚至没有考虑过毕业的问题。她的研究还没有完成。

量子计算领域的最基本问题之一

五年多来，马哈德夫一直还在研究另一个问题，阿伦森称之为“你能在量子计算领域提出的最基本问题之一”，即：如果我们让量子计算机执行一次计算任务，我们如何知道它真的遵照了指令，它究竟有没有做任何与量子计算有关的事情？

这个问题可能很快就会超越学术的范畴。研究人员希望，量子计算机能够在相对较短的时间内，在一系列问题上实现指数级的计算加速，包括对黑洞周围的天体行为进行建模、模拟大分子蛋白质的折叠方式，等等。

不过，一旦量子计算机能够执行传统计算机无法完成的任务，我们如何才能知道它的计算过程是对的呢？

如果我们不信任一台传统计算机，理论上说，我们可以亲自对每一个计算步骤进行检验。然而，量子系统从根本上是抵制这种检验的。首先，它们的内部机制极其复杂：即便是一台只有数百个量子比特（即量子位）的计算机，如果我们要把描述其内部状态的信息全部记录下来，我们将需要一个比整个可观测宇宙还要大的硬盘，才能把这些信息存储下来。

而且，即使有足够的空间来存储这些信息，我们也无法去理解它。量子计算机的内部状态，通常是许多非量子“经典”状态的叠加，这就像薛定谔的猫，同时处于既死又活的状态。但是，一旦你对一个量子态进行测量，它就会坍缩成其中一个经典态。如果观察一台 300 量子比特计算机的内部，其实你只会看到 300 个经典比特（0 和1）对着我们笑。

“量子计算机非常强大，但它同样非常神秘。”瓦齐雷尼说道。

考虑到这些限制因素，计算机科学家一直以来就想知道，是否有可能让量子计算机提供某种万无一失的保证，即它确实做了自己宣称做过的那些事情。“量子世界与经典世界之间的相互作用是否强大到足以实现彼此之间的对话？”耶路撒冷希伯来大学的计算机科学家多瑞特·阿哈罗诺夫（Dorit Aharonov）这样问道。

八年，终于成功！

在念研究生的第二年，马哈德夫被这个问题迷住了，而且她自己也不完全明白其中的原因。随后几年，她尝试了一个又一个方法。“很多时候，我都觉得自己做对了，然后它们却崩溃了，有的耗时很短，有的则要花上一年。”她说。

但马哈德夫没有放弃，反而表现出一种持之以恒的决心，这是瓦齐雷尼在其他人身上不曾见过的，他说，“从这个方面讲，乌尔米拉绝对与众不同。”

如今，念了八年研究生后，马哈德夫成功了。她构想出一种交互协议，通过这种协议，那些自身不具备量子能力的用户可以使用加密技术，给量子计算机套上“挽具”，驾驭它去往任何想去的地方，并且能够确定量子计算机是在遵循指令行事。瓦齐雷尼表示，马哈德夫的方法向用户提供了“计算机无法挣脱的手段”。

阿伦森说，一名研究生能够单枪匹马取得这样的成果，这“非常惊人”。

马哈德夫现在是加州大学伯克利分校的博士后研究员，她最近在计算机科学基础学术报告会上展示了自己的协议——该会议是理论计算机科学领域规模最大的会议之一，今年在巴黎举行。马哈德夫的研究成果被授予大会“最佳论文”和“最佳学生论文”。对一名理论计算机科学家来说，这是难得的殊荣。

加州理工学院的计算机科学家托马斯·维迪克（Thomas Vidick）曾与马哈德夫共事，他在一篇博客文章中，把后者的研究成果称为“近些年在量子计算和理论计算机科学交叉领域出现的最杰出成果之一”。

让研究人员感到兴奋的，不仅是马哈德夫的协议所取得的效果，更在于她为解决这个问题而提出的全新方法。在量子领域使用经典加密技术是一个“真正新颖的想法”，维迪克写道，“我认为这种想法将催生更多的研究成果。”

“我的目标从来不是为了毕业”

马哈德夫在洛杉矶的一个医生家庭长大，她本科就读于南加州大学，在那里辗转于多个研究领域。起初，她只是确信自己不想当一名医生。后来，RSA 加密算法的创造者之一、计算机科学家伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）教授的一门课程，让她对理论计算机科学产生了浓厚的兴趣。她向加州大学伯克利分校的研究生院提出了申请，并在申请书中表示，自己对理论计算机科学的各个方面都感兴趣——量子计算除外。

“当时，它听起来像是我最不熟悉、最不了解的东西。”马哈德夫说。

不过，她来到伯克利分校后，瓦齐雷尼通俗易懂的解释很快改变了她的想法。瓦齐雷尼给她布置了一项任务，让她找出一种能够验证量子计算的协议。瓦齐雷尼说，这个问题“真正激发了她的想象力”。

（编辑：核心网）

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