北京日?qǐng)?bào)記者 劉蘇雅

拍攝一張照片，點(diǎn)擊發(fā)送按鈕，短短幾秒鐘，一張圖片在量子光的運(yùn)載下穿過長達(dá)100公里的光纖，完成信息的安全傳輸。100公里，國際上最長的量子直接通信距離紀(jì)錄就誕生在北京量子信息科學(xué)研究院。

5年來，量子院作為本市首批支持建設(shè)的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)之一，已孕育出一系列世界級(jí)科研成果。打破科研單位之間、學(xué)科之間、科研與產(chǎn)業(yè)之間的“三堵墻”，新型研發(fā)機(jī)構(gòu)以開放創(chuàng)新的大膽探索，集聚全國乃至全球頂尖人才的聰明智慧，在重大基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究、關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)方面接連取得突破性進(jìn)展。

北京量子信息科學(xué)研究院，科研人員正在量子計(jì)算裝置下全力攻關(guān)。北京日?qǐng)?bào)記者 和冠欣攝

整合科研資源攻堅(jiān)克難

告別竊聽風(fēng)云，量子通信因極高的安全性而成為科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域之一。2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了量子信息領(lǐng)域的三位科學(xué)家，進(jìn)一步引發(fā)全球?qū)α孔涌萍嫉母叨汝P(guān)注。

北京在量子研究領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。早在2000年，清華大學(xué)龍桂魯教授就帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出了量子直接通信理論。“利用量子態(tài)的特性，我們可以在信息傳遞時(shí)邊檢查、邊通信。暗中竊聽會(huì)引發(fā)量子態(tài)的狀態(tài)改變，對(duì)方既不能隱藏竊聽行為，也無法竊取任何信息。”龍桂魯解釋，量子直接通信將傳統(tǒng)保密通信的密鑰分發(fā)和密文傳輸雙信道結(jié)構(gòu)，改變?yōu)閱涡诺澜Y(jié)構(gòu)，不僅能夠感知竊聽，還能夠阻止竊聽。

不過，當(dāng)2016年龍桂魯帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)量子直接通信原理樣機(jī)的研制時(shí)，工程化實(shí)踐的短板制約凸顯出來。“高?？蒲行F(tuán)隊(duì)的力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。你很難要求物理系的學(xué)生通曉電子、半導(dǎo)體、軟件編碼等技術(shù)，所以初始產(chǎn)品里藏著一些小問題，影響了優(yōu)化升級(jí)的腳步。”

這也折射出當(dāng)時(shí)北京量子研究的不足：中科院、北大、清華等高校院所爭相發(fā)力，但科研力量分散，資源優(yōu)勢并未有效轉(zhuǎn)化為競爭優(yōu)勢。2017年12月24日，由北京市政府發(fā)起，聯(lián)合多家頂尖學(xué)術(shù)單位共同建設(shè)的北京量子信息科學(xué)研究院揭牌成立。作為北京首批新型研發(fā)機(jī)構(gòu)之一，量子院邁出了先行先試的步伐，大力引進(jìn)全球量子科技領(lǐng)域人才的同時(shí)，還組建起一支高水平工程師組成的技術(shù)保障團(tuán)隊(duì)，打造產(chǎn)學(xué)研全鏈條暢通的科研平臺(tái)。

2019年，龍桂魯以“雙聘制”形式加入量子院，擔(dān)任該院副院長。在這里，財(cái)政科研經(jīng)費(fèi)實(shí)行“負(fù)面清單”，設(shè)備采購能“一鍵下單”，研究團(tuán)隊(duì)充分感受到新機(jī)制下科研進(jìn)展的“日新月異”。隨著軟硬件工程師陸續(xù)加入團(tuán)隊(duì)，新一代樣機(jī)在設(shè)計(jì)上更加成熟。

整合資源協(xié)同創(chuàng)新，龍桂魯團(tuán)隊(duì)在量子院接連取得突破性成果：2020年成功推出世界首臺(tái)實(shí)用化量子直接通信樣機(jī)，率先實(shí)現(xiàn)10公里光纖鏈路每秒4千比特通信速率的量子保密通話；同年，通過編碼優(yōu)化，直接通信距離提升至18公里；2022年，龍桂魯團(tuán)隊(duì)和清華大學(xué)教授陸建華團(tuán)隊(duì)合作，設(shè)計(jì)出相位量子態(tài)與時(shí)間戳量子態(tài)混合編碼的新系統(tǒng)，將量子直接通信距離一舉刷新至100公里，創(chuàng)下世界紀(jì)錄。

這意味著，依靠現(xiàn)有的成熟技術(shù)手段，城市之間已能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的量子直接通信。

基礎(chǔ)研究成果加速轉(zhuǎn)化

基礎(chǔ)研究科研周期長、投入大、轉(zhuǎn)化難，科研人員往往要坐“冷板凳”。但探索未知世界的好奇心，吸引科研人員不斷深入前沿領(lǐng)域。

“一個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)到底‘有沒有用’，我們無法預(yù)計(jì)，但如果不去做，就只能永遠(yuǎn)跟在別人的后面。”中科院物理所懷柔研究部主任呂力表示，沒有基礎(chǔ)研究的進(jìn)步，就沒有人類文明的進(jìn)步。

量子理論誕生在百余年前，第一次量子革命催生了現(xiàn)代信息技術(shù)。而利用量子的特性推動(dòng)量子通信等領(lǐng)域走向產(chǎn)業(yè)化，便是正在進(jìn)行的第二次量子革命的目標(biāo)。“量子技術(shù)是從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用轉(zhuǎn)化最快的領(lǐng)域之一，量子院正是用靈活的體制機(jī)制打通了瓶頸，推動(dòng)基礎(chǔ)研究的成果向產(chǎn)品化應(yīng)用轉(zhuǎn)化。”龍桂魯說。

從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)品的路注定不會(huì)一帆風(fēng)順。在測試新一代量子直接通信樣機(jī)時(shí)，信號(hào)怎么也無法接通。為了找到故障點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)頗費(fèi)了一番工夫，花費(fèi)數(shù)月排查了數(shù)百個(gè)零部件，迷霧終于被撥開——兩條光纖在對(duì)接時(shí)出現(xiàn)了誤差，雖然誤差不過毫厘，卻導(dǎo)致光路中斷。

工程師仔細(xì)調(diào)整后再測試，通了！

現(xiàn)在，第二代量子直接通信樣機(jī)的通信速率達(dá)到了每秒千比特的量級(jí)，能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)圖文傳輸，并且已從“一對(duì)一”通信發(fā)展到了多人“群聊”，初步構(gòu)建起了量子直接通信網(wǎng)絡(luò)。

“在量子院做科研，很舒心。”工程師宋嘯天去年加入了龍桂魯團(tuán)隊(duì)，最近，他正向新一代量子直接通信系統(tǒng)的芯片發(fā)起挑戰(zhàn)。上個(gè)月，他還在為芯片過高的誤碼率苦惱，通過反復(fù)摸索、嘗試，終于有了新突破——通過對(duì)關(guān)鍵部件重新設(shè)計(jì)，芯片誤碼率降至3%，整體結(jié)構(gòu)也更加緊湊小巧。

近期，龍桂魯要把量子直接通信技術(shù)帶出實(shí)驗(yàn)室，利用已鋪設(shè)的光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試。“我們要讓技術(shù)在真實(shí)環(huán)境中接受考驗(yàn)，再做進(jìn)一步優(yōu)化。”龍桂魯預(yù)計(jì)，3至5年內(nèi)，量子直接通信網(wǎng)絡(luò)將真正走入人們的生活，接打“量子電話”、發(fā)送“量子信息”將可觸可及。

“五新”機(jī)制激發(fā)創(chuàng)新活力

與龍桂魯相似，陸續(xù)加入量子院的頂尖人才紛紛感受到北京推進(jìn)前沿創(chuàng)新的加速度。

2019年，長期從事超導(dǎo)量子計(jì)算和量子模擬研究的于海峰入職量子院。他快速組建起具有物理、電子、計(jì)算機(jī)等不同專業(yè)背景的40余人科研團(tuán)隊(duì)，圍繞建造實(shí)用化量子計(jì)算機(jī)的總目標(biāo)發(fā)起攻關(guān)。

同年，32歲的常凱在馬克斯普朗克微結(jié)構(gòu)物理研究所完成博士后研究，雖然沒有知名頭銜，量子院依然看到了他的科研潛質(zhì)。在加入量子院并組建低維量子材料團(tuán)隊(duì)后，短短2年時(shí)間，他的研究成果就登上了《科學(xué)》雜志。“量子院對(duì)于青年科學(xué)家的科研經(jīng)費(fèi)支持力度，讓我可以完全按照自己的設(shè)想去建設(shè)世界一流的實(shí)驗(yàn)室，不必因?yàn)榻?jīng)費(fèi)問題而做出種種妥協(xié)。”常凱說。

以研發(fā)高速光纖量子密鑰系統(tǒng)而聞名的袁之良在2021年歸國，擔(dān)任量子院首席科學(xué)家。量子院對(duì)其科研支持工作的開展，以天為單位計(jì)算。從簽訂聘用合同到在崗?fù)度肟蒲?，短?個(gè)月的時(shí)間里，他所需要的科研設(shè)備論證、300平方米實(shí)驗(yàn)室改造、科研團(tuán)隊(duì)組建工作全部完成。

新的運(yùn)行體制、新的財(cái)政支持政策、新的績效評(píng)價(jià)機(jī)制、新的知識(shí)產(chǎn)權(quán)激勵(lì)、新的固定資產(chǎn)管理方式，量子院不斷釋放創(chuàng)新活力，新的世界紀(jì)錄在這里不斷誕生。

2021年中關(guān)村論壇上，于海峰團(tuán)隊(duì)的重磅研究成果發(fā)布——長壽命超導(dǎo)量子比特芯片突破500微秒大關(guān)，標(biāo)志著我國在超導(dǎo)量子芯片研究領(lǐng)域走到了世界前列。

今年3月，袁之良團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室發(fā)布最新成果，在世界上首創(chuàng)開放式架構(gòu)雙場量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，完成615公里光纖量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。這種開放式架構(gòu)設(shè)計(jì)簡潔，能極大節(jié)約量子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)成本，助力未來實(shí)現(xiàn)在城市間撥打“量子語音電話”。

“不完全像大學(xué)、不完全像科研院所、不完全像企業(yè)，不完全像事業(yè)單位”，不少科研人員將新型研發(fā)機(jī)構(gòu)親切地稱為“四不像”單位。正是這種“四不像”的探索，打破了基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)的隔膜，成功激發(fā)和凝聚科學(xué)家精神，讓北京原始創(chuàng)新和前沿探索呈現(xiàn)出“千里馬”競相奔騰的蓬勃生機(jī)。

創(chuàng)新密碼

將資源優(yōu)勢化為爭先的勇氣

北京的高校和科研機(jī)構(gòu)數(shù)量均位居全國第一，創(chuàng)新主體、科技人才等科技創(chuàng)新資源匯聚。為鼓勵(lì)科研人員挺進(jìn)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，甚至向科研“無人區(qū)”發(fā)起沖擊，本市出臺(tái)了一系列“松綁”政策，極大地調(diào)動(dòng)了科研人員積極性。在“科研經(jīng)費(fèi)28條”“科創(chuàng)30條”等政策措施的保障下，本市頂尖科研成果加快從實(shí)驗(yàn)室走向市場。

2018年1月，《北京市支持建設(shè)世界一流新型研發(fā)機(jī)構(gòu)實(shí)施辦法（試行）》正式發(fā)布。隨即，北京量子信息科學(xué)研究院、北京腦科學(xué)與類腦研究中心、北京雁棲湖應(yīng)用數(shù)學(xué)研究院等一批新型研發(fā)機(jī)構(gòu)如雨后春筍般成長起來，聚焦重大基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究和關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)突破。此外，圍繞類腦智能、6G、元宇宙、未來網(wǎng)絡(luò)、基因與干細(xì)胞等前沿科技領(lǐng)域，本市也開展了前瞻性布局，支持開展面向未來的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用技術(shù)研究。

“北京力量，是勇于爭先、深化改革、大膽創(chuàng)新、表率全國的力量。”清華大學(xué)公共管理學(xué)院教授、北京市組織學(xué)習(xí)與城市治理創(chuàng)新研究中心主任藍(lán)志勇說，近年來，北京在科技攻堅(jiān)、前沿探索和體制機(jī)制改革三方面同時(shí)發(fā)力，彰顯了首善之區(qū)的科技活力、爭先的勇氣和敢啃硬骨頭、引領(lǐng)科技創(chuàng)新的氣度卓識(shí)和行動(dòng)能力。 本報(bào)記者 劉蘇雅

親歷者說

北京腦科學(xué)與類腦研究中心聯(lián)合主任羅敏敏：

打造“十年磨一劍”的創(chuàng)新環(huán)境

我個(gè)人是比較幸運(yùn)的，輾轉(zhuǎn)過多家科研機(jī)構(gòu)，所處的環(huán)境一直是創(chuàng)新的科研體制。在來到腦中心之前，我在北京生命科學(xué)研究所做了十七、八年研究。北生所是北京市最早建設(shè)的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，他們探索出的體制機(jī)制、人員管理、財(cái)務(wù)制度等模式，為中心的建設(shè)提供了很好的經(jīng)驗(yàn)。

在我們腦中心，科研人員有足夠的空間去做嘗試和探索。一位新的科研人員加入后，前5至6年會(huì)得到穩(wěn)定的經(jīng)費(fèi)支持，能放開手腳去做自己想做的研究。一個(gè)安心的科研環(huán)境很重要，如果整體的環(huán)境都追求短平快，那不管是實(shí)驗(yàn)本身的壓力，還是研究人員之間的競爭壓力都會(huì)過大。如果真的碰到特別有價(jià)值的課題，這個(gè)時(shí)間還可以延長，“十年磨一劍”也不是不可能。

作為管理人員，我其實(shí)更多是為科研人員提供幫助，進(jìn)行協(xié)調(diào)，原則就是“不搗亂”。做基礎(chǔ)研究就是要有耐心，只要找到人，有經(jīng)費(fèi)支持，成果就會(huì)慢慢顯現(xiàn)。

當(dāng)然，考核機(jī)制還是要有。那怎樣評(píng)價(jià)一個(gè)科研人員的水平，怎樣判斷一項(xiàng)科研成果是否具有價(jià)值？關(guān)于科研評(píng)估，我有幸見證了我們國家的變化過程。早期我們是由各科研單位內(nèi)部制定規(guī)則，甚至是由領(lǐng)導(dǎo)來主導(dǎo)評(píng)價(jià)，但這樣容易陷入主觀。于是論文就成了重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)大家都有了論文，標(biāo)準(zhǔn)又不斷細(xì)化，看論文篇數(shù)、影響因子、引用數(shù)量……最終我們發(fā)現(xiàn)，還是很難有一個(gè)完全量化的指標(biāo)。

判斷一項(xiàng)科研工作的價(jià)值，還是要站在歷史的高度來判斷。因此我們中心在設(shè)立考核機(jī)制的時(shí)候，確定了國際同行評(píng)議這樣一種形式，建立起國際評(píng)估委員會(huì)，匯聚了腦科學(xué)領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者以及世界各國腦科學(xué)頂尖專家。雖然沒有了“硬標(biāo)準(zhǔn)”，但要得到國際同行的認(rèn)可，對(duì)研究人員的要求更高。

中心現(xiàn)在已經(jīng)建起30多個(gè)實(shí)驗(yàn)室，也陸續(xù)有一些好的成果逐漸成型，這個(gè)速度是非?？斓?，說明我們的路子是對(duì)的。中心落地在北京的“生命谷”，我們從建立之初就明確，一定要將科研成果做好轉(zhuǎn)化，這也將是接下來的發(fā)展重點(diǎn)。腦科學(xué)很重要，世界主要的科學(xué)中心都有很多腦科學(xué)的研究機(jī)構(gòu)，我們期待能為助力北京國際科技創(chuàng)新中心建設(shè)、支撐國家科技高水平自立自強(qiáng)做出更大的貢獻(xiàn)。