--"การสื่อสารเชิงควอนตัม (Quantum Communication) คืออะไร"--
เทคโนโลยีที่กำลังจะพูดถึงต่อไปนี้เป็น
เทคโนโลยีแห่งอนาคตที่จะเปลี่ยนโลกทั้งใบไปเลยก็ว่าได้ เรารู้ว่าการสื่อสารเป็นปัจจัยที่สำคัญในโลกยุคใหม่ ซึ่งการสื่อสารที่ ant จะพูดถึงก็เหมือน ๆ การสื่อสารทั่วไป แต่มีประสิทธิภาพมากกว่า เรียกว่า "การสื่อสารเชิงควอนตัม"
Credit:www.mitteview.com
ทั้งนักวิจัยและบริษัทต่าง ๆ กำลังพากันเร่งสร้างเครือข่ายการสื่อสาร
ที่มีความปลอดภัยสูง ซึ่งอาจเป็นพื้นฐานของอินเทอร์เน็ตเชิง
ควอนตัมในอนาคตก็ได้
วันนี้ข้อมูลที่สำคัญจะถูกเข้ารหัสแล้วส่งผ่านสายใยแก้วนำแสงและช่องทางอื่น ๆ ที่มาพร้อมกับ "Digital Keys" ที่จำเป็นในการถอดรหัสข้อมูล ข้อมูลและ Keys จะถูกส่งเป็นบิตแบบคลาสสิก ซึ่งเป็นกระแสของพัลส์ไฟฟ้าหรือ พัลส์ optical ที่แสดงสถานะของหน่วยข้อมูลเป็น 1 และ 0 และนั่นทำให้มันเกิดช่องโหว่ขึ้น แฮกเกอร์อัจฉริยะสามารถที่จะอ่านและคัดลอกบิตระหว่างทางได้โดยไม่ทิ้งร่องรอย
การสื่อสารเชิงควอนตัม (Quantum communication) ใช้ประโยชน์จากกฎของควอนตัมฟิสิกส์เพื่อปกป้องข้อมูล กฎเหล่านี้อนุญาตให้อนุภาค โดยทั่วไปคือโฟตอนของแสงส่งข้อมูลผ่านสาย optical โดยใช้สถานะการซ้อนทับ ( superposition) ที่มันสามารถเป็นทั้ง 1 และ 0 ได้พร้อม ๆ กัน อนุภาคเหล่านี้แสดงถึงหน่วยข้อมูลทาง
ควอนตัมคอมพิวเตอร์นี้รู้จักกันดีในชื่อ ควอนตัมบิตหรือคิวบิต
Credit:www.cse.wustl.edu
ความสวยงามของ "คิวบิต" จากมุมมองด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์คือหากแฮกเกอร์พยายามสังเกตการณ์ใน
ระหว่างการขนส่ง สถานะควอนตัมที่เปราะบางของพวกมันก็
จะ "ยุบ" ให้ค่าออกมาเป็น 1 หรือ 0 ค่าใดค่าหนึ่งทันที
หมายความว่าแฮกเกอร์ไม่สามารถที่จะยุ่ง
กับ คิวบิต ได้โดยไม่ทิ้งร่องรอยไว้้
บริษัทบางแห่งใช้ประโยชน์จากคุณสมบัตินี้เพื่อสร้างเครือข่ายสำหรับการส่งข้อมูลที่มี
ความอ่อนไหวสูง ตามกระบวนการที่เรียกว่า การแจกจ่ายกุญแจเข้ารหัสเชิงควอนตัม (quantum key distribution) หรือ QKD อย่างน้อยในทฤษฎีเครือข่ายเหล่านี้มีความปลอดภัยสูง
*****การแจกจ่ายกุญแจเข้ารหัสเชิงควอนตัม (quantum key distribution) หรือ QKD คืออะไร*****
QKD เกี่ยวข้องกับการส่งข้อมูลที่เข้ารหัสที่เป็น
บิตแบบคลาสสิกผ่านเครือข่าย ในขณะที่กุญแจเพื่อถอดรหัสข้อมูลนั้นถูก
เข้ารหัสและส่งในสถานะควอนตัมโดยใช้
้คิวบิต
วิทยาการเข้ารหัสเชิงควอนตัม เป็นเทคโนโลยีการเข้ารหัสที่ถูกนำเสนอขึ้นมาเป็นครั้งแรกโดย Stephen Wiesner ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 เทคโนโลยีดังกล่าวเป็นการใช้ปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ควอนตัมในการทำให้ช่องการสื่อสารระหว่าง 2 บุคคลบนระบบเครือข่ายมีความปลอดภัย
ต่อมาในปี 1984 Charles Bennet และ Gilles Brassard ได้พัฒนาต่อยอดเพื่อใช้กลศาสตร์ควอนตัมในการแจกจ่ายกุญแจเข้ารหัส และเรียกอัลกอริธึมที่ใช้ว่า BB84 ซึ่งภายหลังได้ถูกนำมาใช้งานกันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน การแจกจ่ายกุญแจเข้ารหัสเชิงควอนตัมม
ีจุดเด่น คือ ผู้ส่งและผู้รับสามารถตรวจจับได้ว่า กุญแจการเข้ารหัสถูกแอบดักฟังหรือเก็บข้อมูลโดยบุคคลที่สามหรือไม่ โดยอาศัยคุณสมบัติของกลศาสตร์ควอนตัม
มีการพัฒนาวิธีการหรือโปรโตคอลต่าง ๆ สำหรับการใช้ QKD และ อัลกอริทึม BB84 ให้ลองนึกภาพสองคน 'ดำ' และ 'แดง' 'ดำ' ต้องการส่งข้อมูลไปยัง 'แดง' อย่างปลอดภัย ในการทำเช่นนั้น 'ดำ' ต้องสร้างกุญแจการเข้ารหัสในรูปแบบของคิวบิต ซึ่งสถานะโพลาไรซ์ของโฟตอนแทน
ค่าบิตเฉพาะของกุญแจ
คิวบิตสามารถส่งข้อมูลไปยัง 'แดง' ผ่านสายใยแก้วนำแสง โดยการเปรียบเทียบการวัดสถานะของ
สัดส่วนคิวบิตเหล่านั้น กระบวนการนี้เรียกว่า ''key sifting" ซึ่ง 'ดำ' และ 'แดง' สามารถพิสูจน์ได้ว่าพวกเขาถือกุญแจ
เหมือนกัน
ในขณะคิวบิตเดินทางไปยังปลายทาง
สถานะทางควอนตัมที่เปราะบางของพวก
เขาบางแห่งพังลงเนื่องจากความไร้ระเบียบ ในการพิจารณาเรื่องนี้ 'ดำ' และ 'แดง' จะดำเนินการผ่านกระบวนการที่เรียกว่า "key distillation" ซึ่งเกี่ยวข้องกับการคำนวณว่าอัตราความ
ผิดพลาดนั้นสูงพอที่จะบอกได้ว่ามี hacker พยายามสกัดกั้นกุญแจอยู่หรือไม่
ถ้าเป็นเช่นนั้นพวกเขาก็จะทิ้งกุญแจต้องสงสัยและสร้างกุญแจขึ้นมาใหม่จนกระทั่งพวกเขาจะมั่นใจว่า share key ปลอดภัย 'ดำ' สามารถส่งข้อมูลที่เข้ารหัสไปหา 'แดง' ในรูปของคลาสสิกบิต (classical bits)
ซึ่ง 'แดง' ก็จะใช้ กุญแจของเขาเพื่อถอดรหัสข้อมูลนั้น
ในปัจจุบันเราเริ่มเห็นเครือข่าย QKD เพิ่มมากขึ้น โดยเครือข่าย QKD ที่ยาวที่สุดอยู่ในประเทศจีน ซึ่งมีเส้นทางเชื่อมโยงภาคพื้นดินระหว่าง
ปักกิ่งและเซี่ยงไฮ้เป็นระยะทาง 2,032 กิโลเมตร (1,263 ไมล์) ในฝากฝั่งของอเมริกาก็มีธนาคารและบริษัททางการเงินต่าง ๆ ใช้เพื่อส่งข้อมูลแล้ว เช่น สตาร์ทอัพ Quantum Xchange ที่เชื่อมแมนฮัตตันกับรัฐนิวเจอร์ซีย์ใน
ระยะทาง 805 กิโลเมตร (500 ไมล์)
แม้ว่า QKD นั้นค่อนข้างปลอดภัย แต่มันก็จะปลอดภัยกว่าหากสามารถนับ
จำนวนตัวทำซ้ำควอนตัม (quantum repeaters) ได้
*****Quantum Repeater คืออะไร*****
วัสดุในสายเคเบิลสามารถดูดซับโฟตอนได้ หมายความว่าโดยทั่วไปแล้วโฟตอนสามารถเดินทางในสายเคเบิลได้น้อยกว่า 10 กิโลเมตร ในระบบเครือข่ายแบบคลาสสิก (classical network) repeaters ที่จุดต่าง ๆ ตามสายเคเบิลจะถูกใช้ขยายสัญญาณ
เพื่อชดเชยสิ่งเหล่านี้
Credit:Quantum Flagship
เครือข่าย QKD เกิดขึ้นด้วยโซลูชันที่คล้ายกันกับการสร้าง "trusted nodes" ในจุดที่ต่างกัน เช่น เครือข่ายปักกิ่ง ถึง เซี่ยงไฮ้มี 32 แห่ง ที่สถานีย่อยเหล่านี้ quantum keys จะถูกถอดรหัสในรูปบิตแล้วจะถูกเข้ารหัส
ใหม่ในสถานะควอนตัม สำหรับ nodes ถัดไป นี่หมายความว่า "trusted nodes" ไม่สามารถเชื่อถือได้จริง ๆ เช่น hacker ผู้ซึ่งละเมิดความปลอดภัยของ nodes สามารถคัดลอกบิตที่ตรวจไม่พบและได้รับ key เช่นเดียวกับบริษัทหรือหน่วยงานรัฐที่กำลัง
ใช้งาน nodes นั้นอยู่
โดยหลักการแล้วเราจำเป็นต้องมี quantum repeaters ซึ่งจะอนุญาตให้ encryption keys ยังคงอยู่ในรูปของควอนตัม เป็นตัวขยายสัญญาณและส่ง encryption keys ได้ในระยะทางที่ไกล นักวิจัยสาธิตให้เห็นว่ามันเป็นไปได้ในหลัก
การที่จะสร้าง repeaters แต่พวกเขายังไม่สามารถทำได้เลยแม้แต่
ตัวต้นแบบ
อัลกอริธึมการเข้ารหัสที่ทรงพลังที่สุดนั้นค่อนข้างแข็งแกร่ง แต่ความเสี่ยงใหญ่พอที่จะกระตุ้นให้นักวิจัยบางคนทำงานในทางเลือกการแก้ปัญหาให้สมบูรณ์ (alternative approach) ที่รู้จักกันในชื่อ quantum teleportation
*****Quantum Teleportation คืออะไร*****
Quantum Teleportation เป็นการส่งข้อมูลทางควอนตัม ที่อาศัยปรากฏการณ์ควอนตัมที่รู้จักกันใน
ชื่อ ความพัวพันของสถานะทางควอนตัม (Quantum Entanglement)
โดย Quantum Teleportation ทำงานได้โดยการสร้างคู่โฟตอนที่พัวพันกันขึ้นแล้วส่งอนุภาคโฟตอน 1 อนุภาคของคู่อนุภาคนั้นไปยังผู้รับอื่น
เช่น 'ดำ' มีโฟตอนพัวพันคู่หนึ่ง ซึ่ง 'ดำ' ปล่อยให้โฟตอนมีอันตรกิริยากับ "memory qubit" หลังจากนั้น 'ดำ' ต้องการส่งข้อมูลที่เก็บไว้ไปให้กับ 'แดง' อันตรกิริยานี้จะเปลี่ยนสถานะโฟตอนของ 'ดำ' และแน่นอนว่า 'แดง' ก็จะได้รับโฟตอนที่พัวพัน ดังนั้น โฟตอนของ 'แดง' ก็จะเปลี่ยนแปลงสถานะตาม โฟตอนของ 'ดำ' ทันที
นักวิจัยในสหรัฐอเมริกา จีน และยุโรป กำลังแข่งขันกันเพื่อสร้าง teleportation networks ที่สามารถกระจายโฟตอนที่พัวพันกัน (distributing entangled photons) แต่การเพิ่มสเกลให้ใหญ่ขึ้นนั้นเป็นความ
ท้าทายทางด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม
เป็นอย่างมาก
ถึงกระนั้นความท้าทายเหล่านี้ก็ไม่สามารถหยุดนักวิจัยให้ฝันถึงอนาคตของควอนตัม
อินเทอร์เน็ต (quantum internet) ได้
*****Quantum Internet คืออะไร*****
ก็เหมือน ๆ กับอินเทอร์เน็ตทั่วไป ที่เป็นระบบเครือข่ายที่ครอบคลุมทั่วโลก แต่ความแตกต่างอยู่ที่เครือข่ายการสือสารจะเป็นควอนตัมก็แค่นั้น
มันไม่ได้เข้ามาแทนที่อินเทอร์เน็ตที่เรารู้จักกันในทุกวันนี้ มันแค่จะเข้ามาจัดการข้อมูลที่ sensitive ทางธุรกิจ ให้กับองค์กรหรือหน่วยงานที่ต้องการความปลอดภัยสูงเป็นพิเศษ และนอกจากนี้ยังเป็นวิธีการที่เหมาะสมใน
การเชื่อมต่อข้อมูลระหว่างควอนตัมคอมพิว
เตอร์ ในปัจจุบันที่เริ่มพร้อมใช้งานมากขึ้น
ถ้าพูดถึงประเทศที่ก้าวกระโดดในด้าน
เทคโนโลยีมากที่สุดในยุคนี้ คงหนีไม่พ้นประเทศจีน โดยจีนเป็นประเทศแนวหน้าของการ
ผลักดันไปสู่การใช้ควอนตัมอินเทอร์เน็ต โดยจีนได้เปิดตัวดาวเทียมสื่อสารควอนตัมที่ชื่อว่า Micius เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา และในปี 2017 ดาวเทียมช่วยให้การจัดการประชุม video conference ด้วย QKD ที่มีความปลอดภัยสูงเป็นครั้งแรกของโลก ระหว่างปักกิ่งกับเวียนนา และจีนวางแผนที่จะเปิดตัวดาวเทียมสื่อสารควอนตัมให้มากขึ้น
ขอบคุณทุกท่านที่เข้ามาชม ติดตามเรื่องราวดี ๆ ด้าน #วิทยาศาสตร์ #เทคโนโลยี และ #นวัตกรรม ได้ที่ #antnumber9
#การสื่อสารเชิงควอนตัม #QuantumCommunication #QKD #การแจกจ่ายกุญแจเข้ารหัสเชิงควอนตัม #QuantumInternet #ควอนตัมอินเทอร์เน็ต #QuantumRepeater #QuantumTeleportation #QuantumEntanglement #ความพัวพันของสถานะทางควอนตัม
ติดตาม facebook : https://www.facebook.com/Antnumber9-864058687075154/?ref=bookmarks
ข้อมูลอ้างอิง
- 34
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
