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。

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。

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。据北京市科委消息，“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。