ในยุคที่ข้อมูลเป็นสิ่งสำคัญที่สุด การปกป้องข้อมูลระหว่างการสื่อสารกลายเป็นเรื่องที่ท้าทายยิ่งขึ้น ข้อมูลที่มีความสำคัญมักถูกเข้ารหัสก่อนส่งผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสงหรือช่องทางอื่น ๆ โดยมีกุญแจดิจิทัลที่ใช้ในการถอดรหัส ข้อมูลและกุญแจนี้จะถูกส่งเป็นบิตแบบดั้งเดิม ซึ่งแสดงเป็นสัญญาณไฟฟ้าหรือแสงในรูปของ 1 และ 0 ทำให้เสี่ยงต่อการถูกโจมตี แฮกเกอร์ที่เก่งสามารถดักจับและคัดลอกข้อมูลระหว่างการส่งได้โดยไม่ทิ้งหลักฐานใด ๆ ไว้ได้ ซึ่ง เทคโนโลยี การสื่อสารแบบควอนตัม (Quantum Communication) กำลังเป็นหนึ่งในคำตอบที่ช่วยให้การส่งข้อมูลมีความปลอดภัยมากขึ้น ด้วยหลักการที่อิงกับกฎของกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งมีความสามารถในการป้องกันการดักฟังได้อย่างมีประสิทธิภาพ การสื่อสารควอนตัมไม่ใช่แค่เรื่องของอนาคตไกลตัว แต่มันกำลังเข้ามามีบทบาทในโลกของการสื่อสารในยุคปัจจุบันมากขึ้น
ในบทความนี้จะนำเรามารู้จักกับแนวคิดและหลักการของ Quantum Communication กันครับ
Quantum Communication ใช้ประโยชน์จากกฎของฟิสิกส์ควอนตัมเพื่อปกป้องข้อมูล กฎเหล่านี้ทำให้อนุภาคต่าง ๆ ซึ่งมักจะเป็นโฟตอนของแสงที่ใช้ส่งข้อมูลผ่านสายใยแก้วนำแสง สามารถอยู่ในสถานะซ้อนทับกันได้ ซึ่งหมายความว่าอนุภาคเหล่านี้สามารถแทนค่าของ 1 และ 0 ได้พร้อมกัน อนุภาคเหล่านี้เรียกว่าควอนตัมบิต หรือคิวบิต
สิ่งที่สุดยอดของคิวบิตในด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์คือถ้าแฮ็กเกอร์พยายามสังเกตพวกมันในระหว่างที่ขนส่งที่อยู่ในสถานะควอนตัมที่เปราะบางมากของพวกมันจะ “ยุบตัวลง” เป็น 1 หรือ 0 ซึ่งหมายความว่าแฮ็กเกอร์ไม่สามารถยุ่งเกี่ยวกับคิวบิตได้โดยไม่ทิ้งร่องรอยของกิจกรรมไว้เบื้องหลัง ก็คือถ้ามีการสังเกตสิ่งใดที่อยู่ในสถานะควอนตัมตอนที่สังเกตมันจะไม่ใช่สถานะควอนตัมอีกต่อไปแต่มันจะกลายเป็น 1 หรือ 0 นั่นเอง ทำให้บางบริษัทก็ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัตินี้เพื่อสร้างเน็ตเวิร์กที่ใช้สำหรับส่งข้อมูลที่ละเอียดอ่อนสูง ด้วยกระบวนการที่เรียกว่า quantum key distribution หรือเรียกย่อๆว่า QKD ซึ่งในทางทฤษฎีถือว่าเป็นการเข้ารหัสที่มีความปลอดภัยสูงมาก
Quantum key distribution คืออะไร ?
ข้อมูลที่ต้องการส่งจะถูกเข้ารหัสไว้ QKD จะเป็นการส่งกุญแจเพื่อใช้ถอดรหัสข้อมูล โดยกุญแจนั้นจะอยู่ในสถานะควอนตัมโดยใช้คิวบิต ซึ่งมีการพัฒนาแนวทางหรือโปรโตคอลต่างๆ สําหรับการนํา QKD ไปใช้ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่เรียกว่า BB84 โดยหลักการทำงานให้นึกภาพ คนสองคนชื่อ อลิซและบ็อบ อลิซต้องการส่งข้อมูลให้กับบ็อบแบบปลอดภัยมากๆ โดยใช้วิธีการสร้างกุญแจสำหรับเข้ารหัสข้อมูลของเธอในรูปแบบคิวบิต โดยคิวบิตสามารถส่งผ่านไปให้กับบ็อบผ่านไฟเบอร์อ็อพติกได้ด้วยการเปรียบเทียบการวัดสถานะของคิวบิตเหล่านั้นซึ่งเป็นการคัดกรองว่าตัวบ็อบและอลิซถือกุญแจชุดเดียวกัน
ซึ่งระหว่างการส่งนั้นด้วยการส่งจากสถานะที่เปราะบางของควอนตัมในกุญแจและกุญที่เป็นคิวบิตเดินทางถึงปลายทางอลิซและบ็อบจะทำการกลั่นกุญแจเพื่อตรวจสอบก่อนถอดรหัส ซึ่งจะช่วยให้สามารถตรวจสอบได้ว่ากุญแจที่ได้กระจายมานั้นมีการโดนดักดูระหว่างทางหรือไม่ หากเป็นแบบนั้นพวกเขาก็จะทิ้งกุญแจที่น่าสงสัยและสร้างกุญแจสำหรับถอดรหัสใหม่จนกว่าจะเจอกุญแจที่มั่นใจว่าเป็นอันที่ปลอดภัยร่วมกันโดยอลิซจะถือกุญแจสำหรับเข้ารหัสและบ็อบจะถือกุญแจสำหรับถอดรหัส จึงค่อยทำการส่งข้อมูล
เราเริ่มเห็นเครือข่าย QKD เกิดขึ้นมากขึ้น ที่ยาวที่สุดคือในประเทศจีน ซึ่งมีเส้นทางเชื่อมภาคพื้นดินระหว่างปักกิ่งและเซี่ยงไฮ้ 2,032 กิโลเมตร (1,263 ไมล์) ธนาคารและบริษัทการเงินอื่น ๆ กําลังใช้มันเพื่อส่งข้อมูลอยู่แล้ว ในสหรัฐอเมริกา สตาร์ทอัพชื่อ Quantum Xchange ได้ทำข้อตกลงให้เข้าถึงสายเคเบิลใยแก้วนําแสงยาว 500 ไมล์ (805 กิโลเมตร) ที่วิ่งไปตามชายฝั่งตะวันออกเพื่อสร้างเครือข่าย QKD ขาแรกจะเชื่อมโยงแมนฮัตตันกับนิวเจอร์ซีย์ ซึ่งธนาคารหลายแห่งมีศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่
แม้ว่า QKD จะค่อนข้างปลอดภัย แต่ก็จะปลอดภัยยิ่งขึ้นหากสามารถพึ่งพา Quantum Repeater
Quantum Repeater คืออะไร ?
วัสดุในสายเคเบิลสามารถดูดซับโฟตอนได้ ซึ่งหมายความว่าโดยทั่วไปแล้วสามารถเดินทางได้ไม่เกินสิบกิโลเมตร ในเครือข่ายแบบคลาสสิกจะใช้ตัวทวนสัญญาณที่จุดต่างๆตามสายเคเบิลเพื่อขยายสัญญาณเพื่อชดเชยสิ่งนี้
ตามหลักการแล้ว เราต้องการตัวทวนควอนตัมหรือสถานีขนส่งที่มีโปรเซสเซอร์ควอนตัมอยู่ในนั้น ซึ่งจะช่วยให้คีย์การเข้ารหัสยังคงอยู่ในรูปแบบควอนตัมในขณะที่ถูกขยายและส่งในระยะทางไกล นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าโดยหลักการแล้วเป็นไปได้ที่จะสร้างเครื่องทําซ้ําดังกล่าว แต่พวกเขายังไม่สามารถผลิตต้นแบบที่ใช้งานได้
สรุปแล้ว การสื่อสารควอนตัมถือเป็นก้าวสำคัญของเทคโนโลยีการสื่อสารในอนาคต ด้วยศักยภาพที่โดดเด่นในเรื่องของความปลอดภัยและประสิทธิภาพ เทคโนโลยีนี้อาจกลายเป็นรากฐานสำหรับการพัฒนาเครือข่ายสื่อสารที่มั่นคงและเชื่อถือได้มากขึ้น แม้ยังมีความท้าทายที่ต้องเผชิญ แต่การพัฒนาอย่างต่อเนื่องของการสื่อสารควอนตัมจะนำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่ธุรกิจ การเงิน ไปจนถึงการรักษาความมั่นคงของประเทศ ในอนาคตอันใกล้ เราอาจได้เห็นการนำเทคโนโลยีนี้มาใช้ในชีวิตประจำวันมากขึ้น เพื่อยกระดับความปลอดภัยในการสื่อสารให้สอดคล้องกับความต้องการของโลกดิจิทัลที่ก้าวไปข้างหน้า
References:
Explainer: What is quantum communication? | MIT Technology Review
