Ideen om å bruke kvantemekanikkens lover for beregning ble foreslått i 1982 av Richard Feynman. Men Deutsch – som er ved University of Oxford, Storbritannia – blir ofte kreditert for å etablere det konseptuelle grunnlaget for disiplinen. Databiter som følger kvanteprinsipper, som superposisjon og sammenfiltring, kan utføre noen beregninger mye raskere og mer effektivt enn de som følger klassiske regler. I 1985 Deutsch postulerte at en enhet laget av slike kvantebiter (qubits) kunne gjøres universell, noe som betyr at den kan simulere et hvilket som helst kvantesystem. Deutsch innrammet forslaget sitt i sammenheng med “mange verdener”-tolkningen av kvantemekanikk (som han er en talsmann for), og sammenlignet prosessen med én kvanteberegning med den for mange parallelle beregninger som skjer samtidig i sammenfiltrede verdener.
For å motivere til videre arbeid innen kvanteberegning trengte forskere på den tiden problemer som en kvantedatamaskin kunne løse unikt. “Jeg husker samtaler på begynnelsen av 1990-tallet der folk ville krangle om hvorvidt kvantedatamaskiner noen gang ville være i stand til å gjøre noe virkelig nyttig,” sier kvantefysiker William Wootters fra Williams College, Massachusetts, som har jobbet med Bennett og Brassard om kvantekryptografiproblemer . “Så utviklet plutselig Peter Shor en kvantealgoritme som virkelig kunne gjøre noe svært nyttig.”
I 1995 Shor, som nå er ved Massachusetts Institute of Technology, utviklet en algoritme som kan faktorisere store heltall – dekomponere dem til produkter av primtall – mye mer effektivt enn noen kjent klassisk algoritme. I klassisk beregning øker tiden det tar å faktorisere et stort tall eksponentielt etter hvert som tallet blir større, og derfor gir faktorisering av store tall grunnlaget for dagens metoder for online datakryptering. Shors algoritme viste at for en kvantedatamaskin øker tiden som trengs mindre raskt, noe som gjør faktorisering av store tall potensielt mer mulig. Denne teoretiske demonstrasjonen “injiserte umiddelbart energi i feltet,” sier Wootters. Shor har også gitt viktige bidrag til teorien om kvantefeilkorreksjon, som er mer utfordrende i kvante enn i klassisk beregning (se Fokus: Landemerker– Korrigering av kvantedatamaskinfeil).
“Uten Deutsch og Shor ville vi ikke hatt kvanteberegningsfeltet slik vi kjenner det i dag,” sier kvanteteoretiker Artur Ekert ved University of Oxford, som anser Deutsch som sin mentor. “David definerte feltet, og Peter tok det til et helt annet nivå ved å oppdage den virkelige kraften til kvanteberegning og ved å vise at det faktisk kan gjøres.”
Datakryptering er temaet som er sitert for tildelingen av Bennett (IBMs Thomas J. Watson Research Center i Yorktown Heights, New York) og Brassard (University of Montreal, Canada). I 1984 paret beskrevet en protokoll der informasjon kan kodes i qubits og sendes mellom to parter på en slik måte at informasjonen ikke kunne leses av en avlytting uten at intervensjonen ble oppdaget. I likhet med kvanteberegning, er dette kvantekryptografiske skjemaet avhengig av sammenfiltring av qubits, noe som betyr at egenskapene deres er avhengige av hverandre, uansett hvor langt fra hverandre de er atskilt. Denne “BB84”-protokollen og lignende kvantekrypteringsskjemaer har nå blitt brukt for sikker overføring av data langs optiske nettverk og til og med via satellitt over tusenvis av kilometer (se Fokus: Interkontinentale, kvantekrypterte meldinger og video).
I 1993 Bennett og Brassard viste også hvordan sammenfiltring kan utnyttes for “kvanteteleportering”, hvorved tilstanden til en qubit kringkastes til en annen fjern mens den opprinnelige tilstanden blir ødelagt (se Fokus: Landemerker– Teleportering er ikke science fiction). Denne prosessen har også applikasjoner innen kvanteinformasjonsbehandling.
“Jeg er veldig glad for denne prisen fordi den anerkjenner feltet kvanteinformasjon og beregning,” sier Shor. Deutsch gjenspeiler følelsen: «Jeg er glad for det [quantum information] er nå offisielt sett på som grunnleggende fysikk i stedet for som filosofi, matematikk, informatikk eller ingeniørfag.»
Deutsch, Shor, Bennett og Brassard fortjener anerkjennelse for arbeidet sitt, og “Jeg er glad for at de får det,” sier Wootters. Han bemerker at forskningen deres ikke bare inspirerte utviklingen av kvanteteknologier, men også påvirket ny forskning innen kvantefundamenter. “Kvanteinformasjonsteori ser på kvanteteori gjennom en ny linse og åpner opp et nytt perspektiv for å ta opp grunnleggende spørsmål.”