รูปแบบการสื่อสารแห่งอนาคตที่มีความปลอดภัยและเป็นส่วนตัวสูงกับ Quantum communication

ความปลอดภัยและความเป็นส่วนตัวบนโลกออนไลน์และการติดต่อสื่อสารทางอินเตอร์เน็ตถูกพูดถึงเป็นวงกว้างในช่วงสัปดาห์ที่ผ่านมา ไม่ว่าจะในระดับนานาชาติจากกรณีการเข้าให้ปากคำของนาย Mark Zuckerberg ผู้ก่อตั้งและ CEO ของ facebook ต่อวุฒิสภาสหรัฐอเมริกาจากข่าวลือมีการนำข้อมูลผู้ใช้บริการเว็บไซต์ facebook ไปใช้ทางการเมืองโดยไม่ได้รับอนุญาต [1] หรือจากกรณีข้อมูลบัตรประชาชนรั่วไหลจากผู้ให้บริการอินเตอร์เน็ตอย่าง True ในประเทศไทย [2] ในปัจจุบันข้อมูลมากมายถูกส่งด้วยระบบอินเตอร์เน็ตถึงแม้จะมีการเข้ารหัสซับซ้อนด้วยสมการทางคณิตศาสตร์เพียงใดก็สามารถถูกถอดรหัสได้หากมีทรัพยากรที่เหมาะสม ในช่วงสิบปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ได้นำเสนอการสื่อสารรูปแบบใหม่ที่ได้รับการขนานนามว่าเป็นระบบความปลอดภัยที่ปราศจากเงื่อนไขข้อจำกัดใดๆ (Unconditionally secure communication) ระบบดังกล่าวคือการสื่อสารทางควอนตั้ม (Quantum communication)

หลักการของ Quantum communication อยู่บนพื้นฐานทางฟิสิกส์ควอนตัม ซึ่งจะใช้สถานะทางควอนตัมของอนุภาคเป็นสื่อกลางในการรับส่งข้อมูล ตัวอย่างเช่นคุณสมบัติทางโพราไรซ์(Polarization)ของอนุภาคแสง(Photon) โดยข้อแตกต่างจากการสื่อสารบนระบบดิจิตอลที่ข้อมูลถูกส่งไปในรูปแบบของเลขฐานสอง(0 และ 1)ที่เรียกว่าบิต(Bit)นั้นจะถูกแทนที่ด้วยสถานะ Polarization ของ Photon ที่เรียกว่า Quantum bit หรือ Qubit (คิวบิต) ในระบบ Quantum communication ข้อมูลจะถูกเข้ารหัสทางควอนตัม (Quantum cryptography) ด้วยวิธีการเข้ารหัสแบบ One-time-stamp ซึ่งเป็นการเข้ารหัสแบบซุ่ม โดยวิธีการนี้ผู้ส่งสารและผู้รับสารเท่านั้นที่จะเข้าถึงการถอดรหัสของข้อมูลชุดนั้นๆได้ รูปแบบการส่งสารนี้เรียกว่า Quantum key distribution (QKD) การที่จะลักลอบดักข้อมูลที่เข้ารหัสจากผู้รับสารจะเป็นการรบกวนเสถียรภาพของระบบทำให้ข้อมูลที่รับไปนั้นไม่ตรงกันกับต้นฉบับของผู้ส่งสารและไม่สามารถถูกถอดรหัสได้ ข้อมูลที่ไปถึงผู้รับสารก็จะมีความแตกต่างออกไปจากต้นฉบับเช่นเดียวกัน [3] ดังนั้นแล้วการถูกดักฟังข้อมูลจึงสามารถตรวจพบได้ทันที

อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีนี้ยังคงห่างไกลจากการนำไปใช้จริง เนื่องมาจากข้อจำกัดของสื่อกลางในการรับส่งข้อมูลของ Quantum communication นั้นซึ่งก็คือคุณสมบัติทางควอนตัมของแสงหรือ Photon ที่สามารถเดินทางผ่านตัวกลางจากผู้ส่งสารและผู้รับสารได้เพียงสิบกว่ากิโลเมตรก่อนที่ความเข้มของสัญญาณจะถูกรบกวนจนไม่สามารถตรวจจับได้ [4] ตรงข้ามกับการสื่อสารด้วยแสงผ่านทาง Fiber optic ที่ถูกใช้งานอย่างกว้างขวางมาเป็นระยะเวลากว่าสิบๆปีที่สามารถส่งข้อมูลไปได้ในระยะทางไกลกว่าร้อยกิโลเมตร ทั้งนี้สัญญาณที่ส่งผ่านด้วยแสงผ่าน Fiber optic แบบดั้งเดิมนี้สามารถขยายสัญญาณได้ด้วยอุปกรณ์ขยายสัญญาณเมื่อสัญญาณอ่อนลงโดยไม่ส่งผลกระทบต่อข้อมูลที่ส่งไป แต่เนื่องจากคุณสมบัติทางควอนตั้มที่กล่าวไปข้างต้นนั้นการขยายสัญญาณแบบทั่วไปไม่สามารถทำได้

ด้วยเหตุนี้ศึกษาและวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันจึงมุ่งเน้นไปในการแก้ไขปัญหาการสื่อสารระยะไกลของ Quantum communication หนึ่งในความพยายามที่ถูกพูดถึงอย่างมากในสังคมเมื่อปีที่ผ่านมา คือการใช้เทคนิค Quantum teleportation หรือการส่งผ่านทางไกลด้วยควอนตั้ม [5,6] ทั้งนี้เพราะชื่อของเทคนิคได้สอดคล้องกับรูปแบบการเดินทางไกลในห่วงอวกาศของภาพยนต์ Sci-fi ต่างๆ แต่ในทางปฏิบัติแล้วไม่ได้มีวัตถุใดๆถูกเคลื่อนย้ายไปเลย เนื่องด้วยคุณสมบัติทางควอนตั้มที่อยู่บนหลัก Conservative momentum ดังนั้นแล้วเมื่อเราวัดค่าสถานะของอนุภาคหนึ่งจะทำให้เรารู้ค่าของอีกอนุภาคที่มีความเกี่ยวพันกันทางควอนตัม(Quantum entanglement)ในทันทีเพราะโมเมนตั้มรวมของทั้งระบบยังคงเท่าเดิม ด้วยหลักการนี้นักวิทยาศาสตร์ได้ประสบความสำเร็จในการส่งข้อมูลทางควอนตัมจากพื้นโลกไปยังดาวเทียมบนวงโคจรของโลก

ทั้งหมดนี้เป็นเพียงส่วนหนึ่งของงานวิจัยและการศึกษาทางด้าน Quantum communication และเป็นอีกก้าวในการพัฒนาเทคโนโลยีการสื่อสารที่มีความปลอดภัยและมีความเป็นส่วนตัวอย่างแท้จริง แต่อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีนี้ยังมีข้อจำกัดอยู่ในหลายๆด้าน ข้อท้าทายหลักคือการวางโครงสร้างระบบการสื่อสารที่สามารถครอบคลุมและรองรับผู้ใช้งานได้เป็นจำนวนมาก

โดย เลิศ ชยานันท์

อ้างอิง

[1] https://www.washingtonpost.com/news/the-switch/wp/2018/04/10/transcript-of-mark-zuckerbergs-senate-hearing/?noredirect=on&utm_term=.284f58f780d1

[2] http://finance.theindependent.sg/data-leak-from-thailand-telco-reveals-passport-id-card-information/

[3] Massa, Francesco, et al. "Experimental two-way communication with one photon." arXiv preprint arXiv:1802.05102 (2018).

[4] Diamanti, Eleni. "Applied physics: Quantum signals could soon span the globe." Nature 549.7670 (2017): 41.

[5] Liao, Sheng-Kai, et al. "Satellite-to-ground quantum key distribution." Nature 549.7670 (2017): 43.

[6] Ren, Ji-Gang, et al. "Ground-to-satellite quantum teleportation." Nature 549.7670 (2017): 70.