理大成功完成香港第一個量子通訊網絡及測試

作為21世紀具顛覆性的創新突破之一，量子科技正重塑全球科技版圖。香港理工大學(理大)日前在量子通訊取得重要突破，完成了以量子晶片為平台的全球最長光纖量子通訊網絡安全測試，為量子通訊商業化應用，揭開了新的篇章，亦切合國家「十五五」規劃未來產業佈局中，將量子科技排在首位的戰略佈局。

量子科技已在量子計算機、量子衛星與精密測量等領域釋放巨大價值，並即將引領計算與數據加密技術的革命性升級。量子計算機強大的運算能力，足以瞬間破解現時加密技術，或對金融交易驗證、數據跨境私隱保護，物聯網設備通訊等多方面構成安全威脅。全球各地積極發展量子加密技術以應對量子時代的網絡安全風險。

理大量子技術研究院院長、電機及電子工程學系量子工程與科學講座教授、香港全球傑出創科學人劉愛群教授團隊研發了量子通訊晶片，成功搭建香港第一個量子通訊網絡。劉教授指出：「量子通訊加密基於量子力學基本原理：量子不可複製，理論上幾乎無法破解。小小量子晶片，實為『國之重器』。它守護着香港未來數字金融的安全，更捍衛着其國際金融中心的地位。理大量子技術研究院勇於擔當，以全球領先的量子技術為此保駕護航。」

理大量子技術研究院在劉愛群教授的領導下，以半導體技術自主研發出一枚僅12毫米 ×4毫米的量子晶片，並透過運用香港 HKCOLO.NET 數據中心捐贈的光纖網絡，完成了光纖網絡量子加密傳輸測試。這個光纖網絡長約55公里，連接港九新界四個節點，包括理大、另一所大學及兩所位於將軍澳和柴灣的大型數據中心，期間量子晶片編碼並發射光子組成量子訊號，在點對點之間加密及傳送訊息。

量子晶片以1.25 GHz(千兆赫)時脈高速運行，產生和傳輸量子編碼訊號，達到45.73 kbps(千位元每秒)的穩定密鑰生成速率，支持實現百公里以上的加密光纖通訊。此外，系統根據溫度變化和振動等環境因素調整，以保持連接穩定，充分證實了商業應用的可行性。

理大高級副校長(研究及創新)趙汝恒教授表示：「量子科技發展一日千里，全球各金融中心都積極部署，以應對量子時代的網絡安全風險。香港作為亞洲領先的國際金融中心，更應提前佈局為量子運算時代作好準備。今次科研成果除了回應國家『十五五』規劃戰略部署，亦配合了香港《創新科技發展藍圖》發展先進製造及微電子的核心目標，為本港創新產業帶來重大機遇。理大將持續推動科研成果轉化為具影響力的實際應用，助力香港成為國際創新科技中心。」

劉愛群教授強調：「有別於以光學器件組裝的量子加密系統，理大研發了新一代量子晶片，具備『高速率、高穩定性、低成本、可大批量生產』四大優勢。相關設備體積小、重量輕、易安裝，尤其適合大規模部署。更重要的是，量子晶片系統兼容性強，可適用於現行網絡通訊系統數據中心與計算中心，有助金融機構及政府部門等快速進行系統升級，以應對算力升級帶來的網絡攻擊挑戰。」

他補充說，理大量子技術研究院將在現有的網絡基礎上，進一步完善和開展多點傳送的規模化部署測試，推動技術在更廣領域的不同商業場景應用。為香港跨入下一代智能量子網絡(Smart Quantum Network)提供全方位的環境安全保障和支撐。

理大高級副校長(研究及創新)趙汝恒教授(中)、量子技術研究院院長、電機及電子工程學系量子工程與科學講座教授、香港全球傑出創科學人劉愛群教授(左)，以及本科生學院副院長、電機及電子工程學系教授劉伯濤教授(右)，展示大學研發的量子晶片。

趙汝恒教授表示理大將繼續推動科研成果轉化為具全球影響力的實際應用。

劉愛群教授闡述其科研團隊已成功完成香港第一個量子通訊網絡及測試。

劉伯濤教授指理大將繼續致力與業界合作，推動科研。

理大研發的量子晶片，具備「高速率、高穩定性、低成本、可大批量生產」的四大優勢。

理大研究團隊成功完成約 55 公里光纖網絡測試，連貫港九新界四個節點。

劉愛群教授(中)以及其研究團隊在理大量子技術研究院。

機械加工，包括材料的精確切割及成形，是製造業的核心工序，隨着具備極高強度及硬度的先進材料獲廣泛採用，傳統技術漸漸難以達到所需的精密度。香港理工大學研究團隊研發了一項突破性機械加工技術，在金剛石切削過程中耦合原位激光與磁場，提升切削流暢度與加工表面精度，同時減輕材料的亞表面損傷及降低刀具磨耗。此項雙場技術展現了超越其他現有能量場輔助切削技術的卓越效能，有望在更多難加工新型先進材料上實現超精密加工。

由理大工業及系統工程學系教授及超精密加工技術全國重點實驗室副主任杜雪教授與其研究團隊獨創的多能量場耦合輔助超精密加工技術，名為「原位激光－磁場雙場輔助金剛石切削」（LMDFDC）。相關研究成果已刊登於國際期刊《國際極限製造雜誌》（International Journal of Extreme Manufacturing）。

理大研發激光與磁場雙場輔助金剛石切削技術。理大圖片

原位場加工是指在機械加工過程中，將激光或磁場等外部能量場，同步直接施加於切削區域。現有的能量場輔助技術均存在一定局限，例如激光場雖能軟化硬脆材料，令其更易被切削，卻有機會因過熱導致材料熔融損傷；磁場可減小切削阻力、強化散熱以令切削過程更順暢，但其效果在不同材料間表現不穩定，且無法避免在高性能材料（如高熵合金）中因硬質顆粒脫落而造成表面劃痕。

LMDFDC通過結合激光及磁場，令兩者優點得以協同發揮，同時克服各自不足。研究團隊在高熵合金工件上，分別採用新技術和另外三種加工方式以進行比較，包括僅激光切削、僅磁場切削及無任何外場切削。他們利用了一系列先進分析工具，從表面形貌特徵、亞表面演化規律，乃至原子尺度的結構特性等多個層面，觀察材料的變化。

理大杜雪教授與其研究團隊。理大圖片

結果顯示，在「熱—磁—機械」多物理協同作用下，LMDFDC將加工性能提升至單一能量場無法達到的精度程度。具體而言，技術通過磁場增強熱傳導，抑制激光引起的熱損傷，同時利用激光軟化硬顆粒以避免劃痕，並提升切削穩定性，從而令完成品表面更平滑、亞表面損傷更少。雙場耦合效應還防止了因嚴重摩擦導致的刀具邊緣積屑，以及高溫引致的刀具快速損耗，顯著降低刀具磨損，延長其使用壽命。

走在先進製造技術研究的最前沿，杜雪教授在2017年帶領團隊首次提出磁場輔助金剛石切削技術，提升了難加工材料的可製造性。她表示：「隨着時代發展，單一能量場輔助加工技術越來越不足以應付新型高性能材料的超精密加工，尤其是新興的高熵合金。這種金屬材料兼具優異的強度與穩定性，在先進工程應用上具高度吸引力，特別於航天、能源等高端領域發展潛力龐大。LMDFDC正為這類新材料的加工帶來了技術突破，更開闢了超精密製造技術的嶄新發展路徑。」

理大杜雪教授。理大圖片

除了引入這項變革性的雙場輔助加工技術， 研究亦探究了當雙場同時被應用時，材料產生的反應、其內部發生的變化，以及這些變化帶來的具體效能提升。這深化了學術界對材料變化背後的科學原理及機制的理解，填補了多能量場加工領域中的知識缺口，對未來因應不同先進材料作技術設計具關鍵意義。

杜教授補充：「這項研究是首次全面探究激光與磁場在超精密加工中，如何產生協同效應，以及其與單一場效應有何不同。研究成果對於推動與多物理場加工理論相關的前沿學術發展，以及發掘創新加工技術帶來了重要貢獻。」

研究團隊目前正對這項創新技術進行專利申請，並計劃未來探索更多不同能量場的協同組合，為新一代高性能材料的製造提供更豐富且可靠的技術途徑。

此項研究獲得國家自然科學基金委員會的「面上項目」，以及香港特別行政區政府研究資助局的「優配研究金」和創新科技署創新及科技基金的「內地與香港科技合作資助計劃」資助。