Skip to main content

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.

Comments

Popular posts from this blog

ไมโครชิปที่ความละเอียด 7nm กับอนาคตของ processor เมื่อมาถึงจุดสุดท้ายของ Moore's law

ชิป A12 bionic ที่มีความละเอียดขนาด 7nm (https://www.cnet.com/news/iphone-xs-a12-bionic-chip-is-industry-first-7nm-cpu/) ถูกพูดถึงพร้อมกับการเปิดตัว iPhone รุ่นใหม่เมื่อวันพุธ(12 ก.ย. 61)ที่ผ่านมานี้ ในเชิงของการใช้งานนั้นผู้ใช้อาจจะไม่รู้สึกตื่นเต้นกับฟังก์ชั่นของโปรดักส์ที่เปิดตัวซักเท่าไหร่ แต่ในทางเทคนิคแล้วเจ้าตัวชิปดังกล่าวเป็นเทคโนโลยีทีทันสมัยที่สุดในตอนนี้สำหรับ smartphone และอาจถือได้ว่าเป็นหัวเลี้ยวหัวต่อของเทคโนโลยี processor หรือไมโครชิปเพื่อก้าวไปสู้รูปแบบชิปและการประมวลผลรูปแบบใหม่ๆ ก่อนอื่นบทความนี้จะมาขยายความให้ผู้อ่านได้เข้าใจถึงความหมายของขนาด 7nm ในตัวชิปก่อน แล้วเราจะมาตามรอยการพัฒนาของไมโครชิปตลอดระยะเวลากว่า 40 ปีที่ผ่านมาด้วย Moore’s law และสุดท้ายเราจะมาคาดการณ์กันว่าเทคโนโลยี processor จะก้าวไปทางไหนต่อไปเมื่อขณะนี้เราอยู่ที่จุดสุดท้ายของ Moore’s law สิ่งแรกที่เราต้องรู้สำหรับตัว processor นั้นก็คือองค์ประกอบพื้นฐาน processor นั้นประกอบไปด้วย transistor (ทรานซิสเตอร์)ที่ทำหน้าที่เป็นสวิซเปิดปิดวงจร และด้วยการเปิดปิดนี้นำไปสู้การประมวลผลแบบดิจิตอลในระ...

เมื่อ 1 กิโลกรัมของเราไม่เท่ากันกับการกำหนดมาตรฐานใหม่ของหน่วยวัดในระบบ SI

เคยสงสัยกันมั้ยครับว่าหน่วยกิโลกรัม (kilogram, kg) ที่เราใช้ชั่งน้ำหนักมากจากไหน? หน่วยkgเป็นหน่วยหนึ่งของมาตรฐานหน่วยวัดสากลหรือ International system of units (SI units) นอกจาก kg ที่เป็นหน่วยของน้ำหนักตามระบบหน่วย SI แล้ว หน่วย SI ยังประกอบไปด้วยหน่วยวินาที (Second, s) ที่ใช้บอกเวลา หน่วยเมตร (Meter, m) ที่เป็นหน่วยของระยะทาง หน่วยแอมแปร์ (Ampere, A)หน่วยบอกค่ากระแสไฟฟ้า หน่วยโมล (Mol) หน่วยบอกจำนวนของอนุภาค หน่วยเคลวิน (Kelvin, K) หน่วยบอกอุณหภูมิ และหน่วยแคนเดลล่า (Candela, cd) หน่วยบอกค่าความส่องสว่าง สำหรับมาตรฐานของหน่วย kg นั้นถูกกำหนดโดยก้อนโลหะที่ถูกเก็บไว้ในห้องนิรภัยใกล้กรุงปาริสประเทศฝรั่งเศสมาตั้งแต่คริศตวรรษที่ 18 โดยก้อนโลหะนี้ถูกทำซ้ำอีกเป็นจำนวนหนึ่งและได้แจกจ่ายไปไว้ตามประเทศต่างๆทั่วโลก แล้วก้อนโลหะนี้เชื้อถือได้มากน้อยเพียงใด? ในทางวิทยาศาสตร์แล้วมวลของโลหะสามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยกระบวนการทางเคมีบนพื้นผิวของโลหะ ด้วยเหตุนี้น้ำหนักของก้อนโลหะเหล่านั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลงแตกต่างกันตลอดหลายปีที่ผ่านมา การเปลี่ยนแปลงนี้ถึงแม้จะเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อยซ...

โรงไฟฟ้าเสมือน (Virtual power plant) เพื่อประสิทธิภาพสูงสุดของพลังงานทดแทน

เมื่อต้นเดือนกุมภาพันธ์ปี 2018 ที่ผ่านมา Tesla นำโดยนาย Elon Musk ผู้มีวัสัยทัศน์กว้างไกลทางด้านเทคโนโลยีเพื่ออนาคตที่ดีของมนุษยชาติได้ประกาศติดตั้งแผง Solar cell พร้อมทั้งแบตเตอรี่ให้แก่ 1,100 ครัวเรือน ในพื้นที่รัฐทางตอนใต้ของออสเตรเลีย การติดตั้งนี้จะขยายไปกว่า 25,000 ครัวเรือน ภายในปี 2019 เพื่อเป็นส่วนหนึ่งของโครงการโรงไฟฟ้าเสมือน(Virtual power plant) [1] โดยที่โรงไฟฟ้าเสมือนนี้สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้เทียบเท่ากับโรงไฟฟ้าจากการเผาไหม้ก็าซธรรมชาติและถ่านหินในพื้นที่ดังกล่าว โดยทางการประเทศออสเตรเลียกล่าวว่าโครงการดังกล่าวจะสามารถสนับสนุนพลังงานได้สูงถึง 20% ต่อการใช้งานในแต่ละวัน หลักการทำงานของโรงไฟฟ้าเสมือนคือการรวบรวมการผลิตไฟฟ้าจากแหล่งต่างๆ จากทั้งพลังงานฟอซซิลและพลังงานทดแทนเข้าไว้ด้วยกัน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดในการผลิตและแจกจ่ายไฟฟ้าให้แก่ผู้ใช้งาน [2,3]  นอกจากแหล่งกำเนิดพลังงานที่กล่าวไปข้างต้นแล้ว สิ่งที่เป็นองค์ประกอบสำคัญของโรงไฟฟ้าเสมือน คือ หน่วยจัดเก็บพลังงานหรือแบตเตอรี่ และเทคโนโลยีการสื่อสารผ่านทางอินเตอร์เน็ตของอุปกรณ์อิเล็คโทรนิคต่างๆหร...