拍摄一张照片，点击发送按钮，短短几秒钟，一张图片在量子光的运载下穿过长达100公里的光纤，完成信息的安全传输。100公里，**上最长的量子直接通信距离纪录就诞生在北京量子信息科学研究院。
5年来，量子院作为北京市首批支持建设的新型研发机构之一，已孕育出一系列世界级科研成果。打破科研单位之间、学科之间、科研与产业之间的“三堵墙”，新型研发机构以开放创新的大胆探索，集聚**乃至全球**人才的聪明智慧，在重大基础前沿科学研究、关键核心技术攻关方面接连取得突破性进展。
阻止“窃听风云” 量子直接通信距离创世界纪录
告别窃听风云，量子通信因极高的安全性而成为科学研究的前沿领域之一。2022年诺贝尔物理学奖颁发给了量子信息领域的三位科学家，进一步引发全球对量子科技的高度关注。
北京在量子研究领域优势明显。早在2000年，清华大学教授龙桂鲁就带领团队提出了量子直接通信理论。“利用量子态的特性，我们可以在信息传递时边检查、边通信。暗中窃听会引发量子态的状态改变，对方既不能隐藏窃听行为，也无法窃取**信息。”龙桂鲁解释，量子直接通信将传统保密通信的密钥分发和密文传输双信道结构，改变为单信道结构，不仅能够感知窃听，还能够阻止窃听。
不过，当2016年龙桂鲁带领团队启动量子直接通信原理样机的研制时，工程化实践的短板制约凸显出来。“高校科研小团队的力量远远不够。你很难要求物理系的学生通晓电子、半导体、软件编码等技术，所以初始产品里藏着一些小问题，影响了优化升级的脚步。”
这也折射出当时北京量子研究的不足：中科院、北大、清华等高校院所争相发力，但科研力量分散，资源优势并未有效转化为竞争优势。2017年12月24日，由北京市政府发起，联合多家**学术单位共同建设的北京量子信息科学研究院揭牌成立。作为北京首批新型研发机构之一，量子院迈出了先行先试的步伐，大力引进全球量子科技领域人才的同时，还组建起一支高水平工程师组成的技术保障团队，打造产学研全链条畅通的科研平台。
2019年，龙桂鲁以“双聘制”形式加入量子院，担任该院副院长。在这里，财政科研经费实行“负面清单”，设备采购能“一键下单”，研究团队充分感受到新机制下科研进展的“日新月异”。随着软硬件工程师陆续加入团队，新一代样机在设计上更加成熟。
整合资源协同创新，龙桂鲁团队在量子院接连取得突破性成果：2020年成功推出世界首台实用化量子直接通信样机，率先实现10公里光纤链路每秒4千比特通信速率的量子保密通话；同年，通过编码优化，直接通信距离提升至18公里；2022年，龙桂鲁团队和清华大学教授陆建华团队合作，设计出相位量子态与时间戳量子态混合编码的新系统，将量子直接通信距离一举刷新至100公里，创下世界纪录。
这意味着，依靠现有的成熟技术手段，城市之间已能实现点对点的量子直接通信。
接打量子电话将在3至5年内实现
基础研究科研周期长、投入大、转化难，科研人员往往要坐“冷板凳”。但探索未知世界的好奇心，吸引科研人员不断深入前沿领域。
“一个科学发现到底‘有没有用’，我们无法预计，但如果不去做，就只能**跟在别人的后面。”中科院物理所怀柔研究部主任吕力表示，没有基础研究的进步，就没有人类文明的进步。
量子理论诞生在百余年前，**次量子革命催生了现代信息技术。而利用量子的特性推动量子通信等领域走向产业化，便是正在进行的第二次量子革命的目标。“量子技术是从基础研究到应用转化最快的领域之一，量子院正是用灵活的体制机制打通了瓶颈，推动基础研究的成果向产品化应用转化。”龙桂鲁说。
从实验室到产品的路注定不会一帆风顺。在测试新一代量子直接通信样机时，信号怎么也无法接通。为了找到故障点，团队颇费了一番工夫，花费数月排查了数百个零部件，迷雾终于被拨开——两条光纤在对接时出现了误差，虽然误差不过毫厘，却导致光路中断。
工程师仔细调整后再测试，通了！
现在，第二代量子直接通信样机的通信速率达到了每秒千比特的量级，能够稳定实现图文传输，并且已从“一对一”通信发展到了多人“群聊”，初步构建起了量子直接通信网络。
“在量子院做科研，很舒心。”工程师宋啸天去年加入了龙桂鲁团队，最近，他正向新一代量子直接通信系统的芯片发起挑战。上个月，他还在为芯片过高的误码率苦恼，通过反复摸索、尝试，终于有了新突破——通过对关键部件重新设计，芯片误码率降至3%，整体结构也更加紧凑小巧。
近期，龙桂鲁要把量子直接通信技术带出实验室，利用已铺设的光纤网络进行测试。“我们要让技术在真实环境中接受考验，再做进一步优化。”龙桂鲁预计，3至5年内，量子直接通信网络可能在特殊场合应用，实现接打“量子电话”、发送“量子信息”。
北京“四不像”研究所的创新“超能力”
与龙桂鲁相似，陆续加入量子院的**人才纷纷感受到北京推进前沿创新的加速度。
2019年，长期从事超导量子计算和量子模拟研究的于海峰入职量子院。他快速组建起具有物理、电子、计算机等不同专业背景的40余人科研团队，围绕建造实用化量子计算机的总目标发起攻关。
同年，32岁的常凯在马克斯普朗克微结构物理研究所完成博士后研究，虽然没有知名头衔，量子院依然看到了他的科研潜质。在加入量子院并组建低维量子材料团队后，短短2年时间，他的研究成果就登上了《科学》杂志。“量子院对于青年科学家的科研经费支持力度，让我可以**按照自己的设想去建设世界**的实验室，不必因为经费问题而做出种种妥协。”常凯说。
以研发高速光纤量子密钥系统而闻名的袁之良在2021年归国，担任量子院**科学家。量子院对其科研支持工作的开展，以天为单位计算。从签订聘用合同到在岗投入科研，短短4个月的时间里，他所需要的科研设备论证、300平方米实验室改造、科研团队组建工作**完成。
新的运行体制、新的财政支持政策、新的绩效评价机制、新的知识产权激励、新的固定资产管理方式，量子院不断释放创新活力，新的世界纪录在这里不断诞生。
2021年中关村论坛上，于海峰团队的重磅研究成果发布——长寿命超导量子比特芯片突破500微秒大关，标志着我国在超导量子芯片研究领域走到了世界前列。
今年3月，袁之良团队的实验室发布**成果，在世界上**开放式架构双场量子密钥分发系统，完成615公里光纤量子密钥分发实验。这种开放式架构设计简洁，能极大节约量子网络系统的建设成本，助力未来实现在城市间拨打“量子语音电话”。
“不**像大学、不**像科研院所、不**像企业，不**像事业单位”，不少科研人员将新型研发机构亲切地称为“四不像”单位。正是这种“四不像”的探索，打破了基础研究与产业的隔膜，成功激发和凝聚科学家精神，让北京原始创新和前沿探索呈现出“千里马”竞相奔腾的蓬勃生机。
（文章来源：**经济周刊）
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