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科研产出连续三年世界第一，北京稳步打造全球科创中心


北京量子信息科学研究院的一间实验室里 ， 一张照片被摄像头随机拍下 ， 科研人员轻点鼠标 ， 仅仅30秒后 ， 这张照片就被“安全”地呈现在了用10多公里光缆连接的另外一台计算机屏幕上 。 “用量子光传送 ， 极难被第三方窃取 。 ”量子院研究员、清华大学教授龙桂鲁自豪地说 ， 这是他带领团队研发的“量子直接通信”技术的经典应用 。
科研产出连续三年世界第一，北京稳步打造全球科创中心
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在北京量子信息科学研究院的实验室里 ， 龙桂鲁教授与研究人员正在进行量子直接通信样机研发 。 本报采访人员 和冠欣摄
近年来发展起来的量子通信 ， 凭借出色的防范窃听能力 ， 受到各国用户的青睐 。 目前 ， 国际上将量子保密通信分为量子密钥分发、量子秘密共享、量子直接通信三种主要理论 。 其中量子密钥分发和秘密共享都是先用量子信道协商密钥 ， 再用经典保密通信传输信息 ， 最后再用密钥实施解密 。
“按照传统方法 ， 经典保密通信的信息极难破解 ， 但近年来高速发展的量子计算机技术 ， 极大提升了破密速度 ， 传统计算机上千年才能解密的密码 ， 如果用4000个比特的量子计算机几分钟就能搞定 。 ”龙桂鲁说 ， 按照目前的发展速度 ， 4000个比特的量子计算机在未来20年内有望实现 ， 这意味着很多信息到时候将无密可保 。
未雨绸缪 。 早在2000年 ， 龙桂鲁就带领团队创新提出了“量子直接通信”理论 ， 量子直接通信无需密钥分发 ， 直接在量子信道传输信息 ， “直接用光量子进行信息传输 ， 可以感知和阻止窃听 。 ”龙桂鲁说 ， 与经典保密通信的原理不同 ， 在量子直接通信中 ， 窃听者取不走加密信息 ， 因而无密可破 。
如今 ， 龙桂鲁团队已经成功研制出了国际上第一台具有实用价值的样机 ， 实现了10公里光纤链路每秒4千比特通信速率的量子保密电话 ， 推动了量子直接通信的实用化发展 。 预计明年 ， 团队将在北京建设世界上首个量子直接通信电话示范系统 。 未来 ， 量子直接通信将与量子计算机连接 ， 组建全量子互联网络 ， 进一步保护国家信息安全和民众个人隐私 。
龙桂鲁团队是量子院一批科学家科研攻关的缩影 。 自2017年成立以来 ， 北京量子信息科学研究院瞄准世界量子物理与量子信息科技前沿 ， 在量子物态科学、量子计算、量子通信、量子材料与器件、量子精密测量等领域开展科技攻关 ， 已经在量子直接通信技术、超导量子计算研究等领域取得成果 。 “我们组建了由10位国际顶级科学家组成的学术顾问委员会 ， 其中包括两位诺贝尔物理学奖获得者 。 ”量子院相关负责人说 。
量子院的建设发展又是北京不断夯实科技创新中心根基的一个缩影 。 采访人员从北京市科委了解到 ， “十三五”期间 ， 北京围绕信息技术、生命科学等重点领域 ， 建设了量子信息科学研究院、脑科学中心、智源人工智能研究院等5家新型研发机构 ， 集聚了薛其坤、姚期智、王中林、王晓东等一批世界顶尖科学家 。 如今 ， 北京已经拥有包括超算中心、全球算力500强的超级计算机以及凤凰工程、高能同步辐射光源等一批大科学基础设施 ， 为打造全球科技创新中心奠定坚实基础 。 《自然》杂志“自然指数－科研城市”中 ， 北京的科研产出连续3年位列全球第一 。
同时 ， 北京推出一系列改革攻坚举措 ， 发布实施“科创30条”、《北京市促进科技成果转化条例》 ， 出台《北京市优化营商环境条例》 ， 打造全球首屈一指的创新生态 。 世界银行全球营商环境报告2020显示 ， 北京评分名列全球第28位 ， 超过东京 。 独角兽企业在京数量达93家 ， 居全球独角兽城市榜单第一位 。
如今 ， 北京这片“创新高地”已经迅速崛起 。 2019年 ， 全社会研究与试验发展（R&D）经费支出达到2233.6亿元 ， 比2014年增长76.0% ， 占地区生产总值比重达6.31% ， 位列全国第一 。 五年来 ， 北京国家高新技术企业数、发明专利授权量、万人发明专利拥有量实现翻番 ， 分别是2014年的2.71倍、2.29倍、2.74倍 。 数字经济发展全球领先 ， 占本市地区生产总值比重超过50% 。 人工智能领域有效发明专利存量每百万人842件 ， 居全球首位 。


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