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拍张照片，点击发送按钮，短短几秒钟，一张图片就被量子光携带着穿过100公里的光纤，完成信息的安全传输。 100公里，世界上最长的量子直接通信距离记录在北京量子信息科学研究所诞生。
五年来，作为北京市首批支持的新型研发机构之一，量子所取得了一系列世界一流的科研成果。 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，汇聚全国乃至全国顶尖人才的聪明才智面向世界，开展重大基础前沿科学研究，重点核心技术研究取得连续突破。
防止“窃听” 量子直接通信距离创世界纪录
告别窃听，量子通信以其极高的安全性成为科学研究的前沿领域之一。 2022年诺贝尔物理学奖颁给了量子信息领域的三位科学家，进一步引发了全球对量子技术的关注。
北京在量子研究领域优势明显。 早在2000年，清华大学龙桂禄教授就带队提出了量子直接通信理论。 “利用量子态的特性，我们可以在信息传输的同时进行检查和通信。秘密窃听会导致量子态的状态发生变化，对方既无法隐藏窃听行为，也无法窃取任何信息。” “ 龙贵禄解释说，量子直接通信将传统保密通信中密钥分发和密文传输的双通道结构改为单通道结构，既能感知窃听，又能防止窃听。
然而，当龙桂禄在2016年带领团队启动量子直接通信原理样机研制时，工程实践的不足凸显出来。 “高校小型科研团队实力远远不够，物理系的学生很难精通电子、半导体、软件编码等技术，所以在初期隐藏着一些小问题影响优化升级步伐的产品。”
这也反映了当时北京量子研究的短板：中科院、北大、清华等高校竞相发力，但科研力量分散，资源优势没有有效转化为竞争优势. 2017年12月24日，由北京市政府发起，多家顶尖学术机构共建的北京量子信息科学研究所揭牌。 作为北京首批新建研发机构之一，量子研究所迈出了从全球引进量子技术领域人才的第一步。 同时，还建立了一支由高水平工程师组成的技术支持团队，打造产学研全链条。 畅通的科研平台。
2019年，龙桂禄以“双聘制”的形式加入量子研究院，担任研究院副院长。 在这里，对财政科研经费实行“负面清单”，设备采购“一键下单”，科研团队充分感受到新机制下科研进步的“变与变”。 随着软硬件工程师的陆续加入团队，新一代样机在设计上更加成熟。
整合资源协同创新，龙贵禄团队在量子所接连取得突破：2020年全球首个实用量子直接通信样机成功发射，率先实现量子保密通信，通信速率为在 10 公里的光纤链路上每秒 4,000 位。 ; 同年，通过代码优化，直接通信距离增加到18公里； 2022年，龙贵禄团队与清华大学卢建华教授团队合作，设计了一种相位量子态和时间戳量子态混合编码的新系统，直接将量子通信距离一举刷新到100公里，创下了世界纪录。
这意味着，依托现有成熟的技术手段，已经可以实现城市间点对点的量子直接通信。
3到5年内可以拨打量子电话
基础研究科研周期长、投入大、转化难度大，科研人员往往要坐上“冷板凳”。 但探索未知世界的好奇心，吸引着研究人员不断深入前沿。
“一个科学发现到底‘有用’与否，我们无法预测，但如果做不出来，就只能永远跟着别人走。” 中国科学院物理研究所怀柔研究室主任陆力表示，没有基础研究的进步，就没有进步。 人类文明没有进步。
一百多年前诞生了量子理论，第一次量子革命催生了现代信息技术。 利用量子特性推动量子通信等领域的产业化，是正在进行的第二次量子革命的目标。 “量子技术是基础研究向应用转化最快的领域之一，量子研究院以灵活的体制机制突破瓶颈，推动基础研究成果向商业应用的转化。” 龙归禄说道。
从实验室到产品的道路注定不会一帆风顺。 在测试新一代量子直接通信样机时，信号无法接通。 为了找到故障点，团队费了九牛二虎之力，花了几个月的时间检查了数百个部件，迷雾终于拨开——两根光纤的连接出现了错误。 虽然只是几毫米的误差，却造成了光路的中断。
工程师仔细调整，然后测试，成功了！
现在，第二代量子直接通信样机的通信速率已经达到每秒千比特量级，可以稳定地实现图像和文本传输，并从“一对一”通信发展到多人“群”聊天”。 量子直接通信网络。
“在量子研究所做科研很舒服。” 工程师宋晓天去年加入了龙桂禄的团队。 近期，他正在向新一代量子直接通信系统芯片发起挑战。 上个月，他还在为芯片的高误码率而苦恼。 经过反复探索和尝试，他终于有了新的突破。 通过关键元器件的重新设计，芯片误码率降至3%，整体结构更加稳定。 小巧紧凑。
近期，龙贵禄将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。 “我们需要在真实环境中对技术进行测试，然后再做进一步的优化。” 龙贵禄预计，在3至5年内，量子直接通信网络可能应用于特殊场合，实现“量子电话”和“量子信息传输”。 ”。
北京“四不”研究院的创新“超能力”
与龙贵禄相似，陆续加入量子所的顶尖人才，都感受到了北京前沿创新推进的加速。
2019年，长期从事超导量子计算和量子模拟研究的于海峰加入量子研究所。 他迅速组建了一支由40余人组成的物理、电子、计算机等不同专业背景的科研团队，围绕构建实用量子计算机的总目标展开研究。
同年，32岁的常凯在马普微结构物理研究所完成博士后研究。 虽然没有什么赫赫有名的头衔，但量子研究所还是看到了他的科研潜力。 加入量子研究所，组建低维量子材料团队后，短短两年时间，他的研究成果就发表在了《科学》杂志上。 “量子所对青年科学家科研经费的支持，让我可以按照自己的想法建设世界一流的实验室，而不必因为经费问题做出各种妥协。” 常凯说道。
以研发高速光纤量子密钥系统着称的袁志良将于2021年回国担任量子研究院首席科学家。 量子研究所对其科研的支持是按天计算的。 从签订聘用合同到在岗科研，短短4个月，科研设备论证、300平方米实验室改造、科研团队组建等全部完成。
新的运营体制、新的财政扶持政策、新的绩效考核机制、新的知识产权激励、新的固定资产管理方式，量子学院不断释放创新活力，新的世界纪录在这里诞生。
2021年中关村论坛上，于海峰团队发布重大研究成果——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在了世界前列。
今年3月，袁志良团队实验室发布最新成果，打造全球首个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单，可以大大节省量子网络系统的建设成本，有助于未来实现城市间的“量子语音通话”。
“不完全像大学，不完全像研究所，不完全像企业，不完全像事业单位”，许多科研人员亲切地将新的研发机构称为“四不同”单位。 正是这种“四象不同”的探索，打破了基础研究与产业的壁垒，成功激发和凝聚了科学家的精神，让北京的原始创新和前沿探索展现出“千里马”的旺盛生命力。
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