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。

香港理工大學開發創新「智慧橋樑檢測系統」，可精準識別橋面裂縫及肉眼難辨的潛藏結構問題，已於本地11座橋樑完成檢測，結果顯示，該系統可將檢測時間縮短一半，並顯著提升檢測準確度至八成，具有在全港橋樑廣泛應用的潛力。

由理大建築及房地產學系教授 Tarek Zayed教授（右一）領導的研究團隊開發出一套智慧橋樑檢測系統，能夠自動檢測橋面裂縫，以及識別肉眼無法察覺的潛藏結構問題。

香港交通基建承受全球最高交通密度之一的巨大壓力，確保橋樑結構安全成為當務之急。理大研究團隊開發的這個多層次系統整合了理大自主研發的先進無損探測技術及人工智能模型。香港常用的傳統基建目視檢查方法需要動用大量人力且主觀性強，對鋼筋腐蝕等地下缺陷的辨識能力有限，更需要封閉道路方能進行。由理大建築及房地產學系教授Tarek Zayed帶領其研究團隊開發的創新系統，利用無人機、探地雷達（GPR）及紅外線熱成像（IRT）三種先進工具的組合取代人工檢查，收集橋樑表面及內部結構的全面數據，再利用人工智能模型進行自動化分析，提升檢測的準確度及效率。

該多層次系統整合了理大自主研發的先進無損探測技術及人工智能模型，大幅減低了檢測時間，同時令檢測準確度顯著提升。

橋面裂縫檢測對維持橋樑健康至關重要。研究團隊利用無人機進行目視檢查，再通過其自主研發的「智慧橋面高效檢測模型」處理所得數據。即使在面對惡劣環境如光線不足、陰影等，該模型亦能達到優於其他現行方法的檢測準確度，且更少出現誤判、與表面刮痕混淆等檢測問題。

橋面裂縫往往預示了地下結構受損的深層問題，例如鋼筋腐蝕。團隊開發的全自動GPR數據解讀模型，能以高達98%的準確度定位鋼筋位置，並通過對振幅數據進行標準化處理及聚類分析，生成腐蝕區域分佈圖。此模型大大簡化了基於GPR的腐蝕評估流程，令相關工作變得更加快捷和易於操作。

這個多層次系統整合了理大自主研發的先進無損探測技術及人工智能模型，大幅減低了檢測時間，同時令檢測準確度顯著提升。

另一常見橋樑結構問題是內部混凝土構件退化，導致剝落及層面分離。團隊提出一套用於處理IRT數據的「最佳熱梯度閾值系統」，能根據外在環境狀況調整閾值，以更精確判斷剝離區域。團隊基於此系統開發的智慧模型，更能自動生成剝離分佈圖，進一步提高診斷能力。

Zayed說：「這套混合檢測系統兼顧橋面及地下缺陷，並通過人工智能驅動的整合方案，同時提升了檢測效率和準確度。我們更制定了一個五級制的缺陷嚴重程度評級，以標準化檢測流程，方便診斷及確定維修的優先順序。此外，團隊開創的『智慧橋面高效檢測模型』具備全面的功能，能基於從各類探測技術收集所得的數據，精細地評估橋樑狀況。」

他又說：「我們目前正積極探討與相關政府部門及業界夥伴合作，將系統應用於香港的定期橋樑檢測工作，為實現智慧基建管理邁出關鍵一步。我們的目標是長久保障香港擁有安全和可靠的橋樑。」

理大研發的「智慧橋樑檢測系統」採用無人機、探地雷達及紅外線熱成像三種先進工具的組合，取代常用的傳統目視檢查，已於本地11座橋樑完成檢測。

這項為期兩年的研究得到智慧交通基金的支持。該團隊的研究成果已發表於不同國際期刊，包括《建築與建築材料》、《建築自動化》及《高級工程資訊學》。展望未來，Zayed及其團隊將進一步推進相關技術研發，並在香港推動智慧橋樑檢測。