機器之心編輯部
一年一度的 ACM 博士論文獎出爐了論文！
6 月 10 日，美國計算機協會 ACM 宣佈了最新一屆的博士論文獎論文。
該獎項於 1978 年設立，每年頒發給電腦科學與工程領域最佳博士論文的作者，獎金為 20000 美元，榮譽提名獎獎金為 10000 美元論文。獲獎論文將作為 ACM 圖書系列的一部分，在 ACM 數字圖書館出版。
今年頒發的是 2025 年的獎項，包括一個博士論文獎和兩個博士論文獎榮譽提名論文。
其中，MIT 博士、現紐約大學庫朗數學、計算與資料科學學院電腦科學助理教授 Allen Liu（劉書亮）憑藉博士論文《Learning Theoretic Foundations for Understanding Quantum Systems》摘得本屆 ACM 博士論文獎論文。
劉書亮的研究方向較為廣泛，主要涉及演算法和機器學習理論論文。目前，他最關注的是機器學習和語言模型的基礎理論。他也曾研究過多個方向，從計算和統計中的基礎問題，到科學領域中的反問題，尤其是量子資訊中的相關問題。
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此前，他於 2025 年秋季在加州大學伯克利分校擔任 Miller 博士後研究員論文。他本科同樣就讀於 MIT，專業為數學。博士專業為電腦科學。
值得一提的是 2014 年到 2016 年，劉書亮代表美國奧數代表隊連續三屆拿到過 IMO 金牌，其中 2016 年拿到滿分論文。在 2020 年，他還參加過阿里巴巴數學競賽決賽。
ACM 博士論文獎榮譽提名授予以下兩位學者：
博科尼大學博士後研究員 Gal Arnon論文，博士論文題為《New Advancements in Interactive Oracle Proofs: Theory, Practice, and Limitations》，他在魏茨曼科學研究所獲得博士學位；
MIT 助理教授 Rachit Nigam，博士論文題為《Modular Abstractions for Efficient Hardware Desi》，他在康奈爾大學獲得博士學位論文。
ACM 博士論文獎
論文名稱：《Learning Theoretic Foundations for Understanding Quantum Systems》
論文連結論文：
理解並駕馭量子系統的力量，有望改變科學與技術的許多領域論文。然而，在實現這些願景之前，首先必須更深入地理解量子系統的基本行為方式。
在這篇論文中，作者從學習理論的視角切入這一問題，發展出理解量子系統、認識其結構性質的新正規化論文。論文給出了一系列出人意料的結果：它們推翻了人們過去對一些基本規律的認識，並在一些此前被認為難以處理的情形中，給出了可證明高效的量子系統學習演算法。
在典型的量子多體系統中，系統內的粒子會依據某種幾何結構發生局域相互作用，這通常由局域哈密頓量來描述論文。這裡有兩個關鍵問題：其一，是理解一個給定哈密頓量系統的平衡性質；其二，是從系統性質的測量結果中反推出這個哈密頓量。
針對第一個問題，論文證明了一條普適規律：在一個只取決於幾何結構、與系統規模無關的臨界溫度上，糾纏會發生「驟然消亡」論文。針對第二個問題，論文提出了第一個能夠在任意溫度下恢復哈密頓量的高效演算法，突破了此前人們認為在低溫下難以跨越的障礙。
除了局域相互作用系統之外，論文還研究了一般量子態性質的學習與檢驗問題，重點關注統計複雜性與近期量子裝置限制之間的關係論文。在這些裝置限制下，研究只允許對量子態的有限個副本進行糾纏測量。針對許多與近期量子裝置相關的情形，論文刻畫了單副本測量以及多副本測量下，學習與檢驗問題所能達到的最優速率。
ACM 博士論文獎榮譽提名
論文 1：New Advancements in Interactive Oracle Proofs: Theory, Practice, and Limitations
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機率證明系統允許一個強大的證明者，說服計算能力較弱的驗證者相信某個大規模、複雜計算的正確性論文。這類看似神奇的物件，在理論和實踐中都發揮了極其重要的作用。在理論上，它們推動了 PCP 定理、零知識證明以及近似難度等領域的突破；在實踐中，它們是提升雲端計算和區塊鏈技術可擴充套件性的關鍵組成部分，並已被廣泛部署，用於保護價值數十億美元的交易。
本文聚焦於互動式預言機證明（interactive oracle proofs，IOPs）論文。這是一種機率證明模型：證明者與驗證者進行多輪互動；互動結束後，驗證者以機率方式從每條證明者訊息中讀取少量位元，並根據讀取到的位置決定接受或拒絕。IOP 是一種極其強大的工具。
從理論上看，它能夠實現其他機率證明系統尚未達到的效率引數；從實踐上看，高效的 IOP 可以被編譯成速度極快、規模極小的密碼學證明，並已被廣泛用於保障真實世界系統的安全論文。
在這篇論文中，作者從理論、實踐和侷限性三個層面，進一步推進了對 IOP 及相關證明系統的理解論文。
具體而言，本文的貢獻包括：（1）透過證明小查詢複雜度的 IOP 與互動式證明具有同等計算能力，為 IOP 建立了類似 PCP 定理的結果；（2）構造了新的 NP 問題 IOP，具備較小的可靠性誤差和較低的查詢複雜度；（3）為 Reed–Solomon 碼開發了新的、具體效率更高的鄰近性 IOP；（4）揭示了構造高效 IOP 和 PCP 所面臨的障礙論文。
論文 2：Modular Abstractions for Efficient Hardware Desi
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硬體設計最核心的目標是效率：用盡可能少的資源和功耗，實現速度最快的電路論文。與此同時，硬體的設計、製造和部署本身需要投入巨量資源，因此，最佳化決策幾乎貫穿了硬體設計工具的整個設計過程。
模組化，也就是關注點分離，使可複用元件的設計成為可能，也是軟體革命的重要驅動力論文。但在硬體設計中，模組化長期處於次要位置。原因在於，模組化設計往往會遮蔽電路的一些關鍵屬性，進而導致低效實現。在專用化時代，效能提升越來越依賴於為特定計算任務設計專門硬體，因此，硬體設計迫切需要既模組化又高效的抽象。
這篇論文指出，對「時間」進行顯式推理，是設計這類抽象的關鍵，並透過三個系統體現了這一思想論文。
第一個系統是 Dahlia論文。這是一種可編譯到硬體的命令式語言，它利用對時間敏感的推理，確保上層程式能夠被編譯成高效硬體。
第二個系統是 Calyx論文。它既是一個編譯器，也是一種中間語言，用於將類似 Dahlia 的語言轉換為硬體描述。Calyx 透過一種新的中間語言，彌合了計算描述與電路實現之間的差距。這種中間語言同時融合了類似軟體的控制流，以及類似硬體的結構化構造。Calyx 還利用一個觀察結果，緩解了週期級時間精確建模與可擴充套件編譯器最佳化之間的張力：對時間敏感的執行排程，可以看作是對時間無關排程的進一步細化。
第三個系統是 Filament論文。這是一種新的硬體描述語言，能夠在模組介面中直接建模週期級約束，並在編譯期確保設計中不存在結構衝突。
這三個系統共同表明，在每一層抽象中恰當地建模時間，對於構建兼具模組化和效率的硬體設計工具至關重要論文。這項工作也為專用加速器時代進一步擴大硬體設計規模奠定了基礎。
參考連結論文：
