科研產(chǎn)出連續(xù)三年世界第一，北京“創(chuàng)新高地”崛起

北京量子信息科學(xué)研究院的一間實(shí)驗(yàn)室里，一張照片被攝像頭隨機(jī)拍下，科研人員輕點(diǎn)鼠標(biāo)，僅僅30秒后，這張照片就被“安全”地呈現(xiàn)在了用10多公里光纜連接的另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)屏幕上。“用量子光傳送，極難被第三方竊取。”量子院研究員、清華大學(xué)教授龍桂魯自豪地說(shuō)，這是他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“量子直接通信”技術(shù)的經(jīng)典應(yīng)用。

近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的量子通信，憑借出色的防范竊聽(tīng)能力，受到各國(guó)用戶(hù)的青睞。目前，國(guó)際上將量子保密通信分為量子密鑰分發(fā)、量子秘密共享、量子直接通信三種主要理論。其中量子密鑰分發(fā)和秘密共享都是先用量子信道協(xié)商密鑰，再用經(jīng)典保密通信傳輸信息，最后再用密鑰實(shí)施解密。

“按照傳統(tǒng)方法，經(jīng)典保密通信的信息極難破解，但近年來(lái)高速發(fā)展的量子計(jì)算機(jī)技術(shù)，極大提升了破密速度，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上千年才能解密的密碼，如果用4000個(gè)比特的量子計(jì)算機(jī)幾分鐘就能搞定。”龍桂魯說(shuō)，按照目前的發(fā)展速度，4000個(gè)比特的量子計(jì)算機(jī)在未來(lái)20年內(nèi)有望實(shí)現(xiàn)，這意味著很多信息到時(shí)候?qū)o(wú)密可保。

未雨綢繆。早在2000年，龍桂魯就帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了“量子直接通信”理論，量子直接通信無(wú)需密鑰分發(fā)，直接在量子信道傳輸信息，“直接用光量子進(jìn)行信息傳輸，可以感知和阻止竊聽(tīng)。”龍桂魯說(shuō)，與經(jīng)典保密通信的原理不同，在量子直接通信中，竊聽(tīng)者取不走加密信息，因而無(wú)密可破。

如今，龍桂魯團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功研制出了國(guó)際上第一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了10公里光纖鏈路每秒4千比特通信速率的量子保密電話，推動(dòng)了量子直接通信的實(shí)用化發(fā)展。預(yù)計(jì)明年，團(tuán)隊(duì)將在北京建設(shè)世界上首個(gè)量子直接通信電話示范系統(tǒng)。未來(lái)，量子直接通信將與量子計(jì)算機(jī)連接，組建全量子互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步保護(hù)國(guó)家信息安全和民眾個(gè)人隱私。

龍桂魯團(tuán)隊(duì)是量子院一批科學(xué)家科研攻關(guān)的縮影。自2017年成立以來(lái)，北京量子信息科學(xué)研究院瞄準(zhǔn)世界量子物理與量子信息科技前沿，在量子物態(tài)科學(xué)、量子計(jì)算、量子通信、量子材料與器件、量子精密測(cè)量等領(lǐng)域開(kāi)展科技攻關(guān)，已經(jīng)在量子直接通信技術(shù)、超導(dǎo)量子計(jì)算研究等領(lǐng)域取得成果。“我們組建了由10位國(guó)際頂級(jí)科學(xué)家組成的學(xué)術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)，其中包括兩位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。”量子院相關(guān)負(fù)責(zé)人說(shuō)。

量子院的建設(shè)發(fā)展又是北京不斷夯實(shí)科技創(chuàng)新中心根基的一個(gè)縮影。記者從北京市科委了解到，“十三五”期間，北京圍繞信息技術(shù)、生命科學(xué)等重點(diǎn)領(lǐng)域，建設(shè)了量子信息科學(xué)研究院、腦科學(xué)中心、智源人工智能研究院等5家新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，集聚了薛其坤、姚期智、王中林、王曉東等一批世界頂尖科學(xué)家。如今，北京已經(jīng)擁有包括超算中心、全球算力500強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)以及鳳凰工程、高能同步輻射光源等一批大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施，為打造全球科技創(chuàng)新中心奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。《自然》雜志“自然指數(shù)-科研城市”中，北京的科研產(chǎn)出連續(xù)3年位列全球第一。

同時(shí)，北京推出一系列改革攻堅(jiān)舉措，發(fā)布實(shí)施“科創(chuàng)30條”、《北京市促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化條例》，出臺(tái)《北京市優(yōu)化營(yíng)商環(huán)境條例》，打造全球首屈一指的創(chuàng)新生態(tài)。世界銀行全球營(yíng)商環(huán)境報(bào)告2020顯示，北京評(píng)分名列全球第28位，超過(guò)東京。獨(dú)角獸企業(yè)在京數(shù)量達(dá)93家，居全球獨(dú)角獸城市榜單第一位。

如今，北京這片“創(chuàng)新高地”已經(jīng)迅速崛起。2019年，全社會(huì)研究與試驗(yàn)發(fā)展(R&D)經(jīng)費(fèi)支出達(dá)到2233.6億元，比2014年增長(zhǎng)76.0%，占地區(qū)生產(chǎn)總值比重達(dá)6.31%，位列全國(guó)第一。五年來(lái)，北京國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)數(shù)、發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)量、萬(wàn)人發(fā)明專(zhuān)利擁有量實(shí)現(xiàn)翻番，分別是2014年的2.71倍、2.29倍、2.74倍。數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展全球領(lǐng)先，占本市地區(qū)生產(chǎn)總值比重超過(guò)50%。人工智能領(lǐng)域有效發(fā)明專(zhuān)利存量每百萬(wàn)人842件，居全球首位。

今年9月19日，施普林格·自然與清華大學(xué)聯(lián)合發(fā)布的《全球科技創(chuàng)新中心指數(shù)2020》顯示，北京在全球科技創(chuàng)新中心中位列第五。世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織《全球創(chuàng)新指數(shù)2020》顯示，北京位列全球科技集群第4位，初步成為具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心。張航