15
Aug
2022

การพัวพันกันของควอนตัมทำให้การสื่อสารควอนตัมปลอดภัยยิ่งขึ้น

ไม่จำเป็นต้องเข้าใจอุปกรณ์ควอนตัมอย่างสมบูรณ์เพื่อป้องกันการสอดรู้สอดเห็น

การสื่อสารที่ซ่อนเร้นมีความปลอดภัยมากขึ้น ต้องขอบคุณการพัวพันกับควอนตัม

ฟิสิกส์ควอนตัมเป็นช่องทางในการแบ่งปันข้อมูลลับที่ได้รับการพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์ว่าปลอดภัยจากการสอดรู้สอดเห็นของสายลับ แต่จนถึงขณะนี้ การสาธิตเทคนิคนี้ ซึ่งเรียกว่าการกระจายคีย์ควอนตัม ตั้งอยู่บนสมมติฐาน: อุปกรณ์ที่ใช้ในการสร้างและวัดอนุภาคควอนตัมจะต้องเป็นที่ทราบกันว่าไม่มีที่ติ ข้อบกพร่องที่ซ่อนอยู่อาจทำให้ผู้สอดแนมลับ ๆ ล่อ ๆ เจาะระบบรักษาความปลอดภัยโดยไม่มีใครสังเกตเห็น

ตอนนี้ นักวิจัยสามทีมได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการทำการสื่อสารควอนตัม

ที่ปลอดภัยโดยไม่ต้องยืนยันล่วงหน้าว่าอุปกรณ์นั้นไม่สามารถป้องกันได้ เรียกว่าการกระจายคีย์ควอนตัมที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์ วิธีการนี้ใช้ควอนตัมพัวพัน ซึ่งเป็นความสัมพันธ์ที่ลึกลับระหว่างอนุภาคที่เชื่อมโยงคุณสมบัติของพวกมันแม้ว่าจะแยกจากกันในระยะทางไกล

ในการสื่อสารในชีวิตประจำวัน เช่น การส่งหมายเลขบัตรเครดิตทางอินเทอร์เน็ต รหัสลับ หรือกุญแจ ถูกใช้เพื่อทำให้ข้อมูลสับสน เพื่อให้คนอื่นที่มีกุญแจสามารถอ่านได้เท่านั้น แต่มีข้อกังขาว่า ผู้ส่งและผู้รับที่อยู่ห่างไกลจะแบ่งปันคีย์นั้นให้กันได้อย่างไร โดยที่มั่นใจได้ว่าจะไม่มีใครสกัดกั้นระหว่างทางได้

ฟิสิกส์ควอนตัมให้วิธีการแบ่งปันคีย์

โดยส่งชุดของอนุภาคควอนตัม เช่น อนุภาคของแสงที่เรียกว่าโฟตอน และทำการวัดบนคีย์เหล่านั้น โดยการเปรียบเทียบโน้ต ผู้ใช้จะมั่นใจได้ว่าไม่มีใครขัดขวางคีย์ คีย์ลับเหล่านั้นเมื่อสร้างแล้ว สามารถใช้เข้ารหัส Intel ที่ละเอียดอ่อนได้ ( SN: 12/13/17 ) ในการเปรียบเทียบ ความปลอดภัยทางอินเทอร์เน็ตมาตรฐานตั้งอยู่บนพื้นฐานของปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่ค่อนข้างสั่นคลอน ซึ่งยากสำหรับคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันที่จะแก้ไข ซึ่งอาจเสี่ยงต่อเทคโนโลยีใหม่ ได้แก่คอมพิวเตอร์ควอนตัม ( SN: 6/29/17 )

แต่การสื่อสารควอนตัมมักมีสิ่งที่จับได้ นักฟิสิกส์ควอนตัม Valerio Scarani จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์กล่าวว่า “ไม่มีความผิดพลาดใด ๆ ที่ไม่คาดฝัน” ตัวอย่างเช่น เขาพูดว่า ลองนึกภาพว่าอุปกรณ์ของคุณควรจะปล่อยโฟตอนหนึ่งโฟตอน แต่คุณไม่รู้จัก มันจะปล่อยโฟตอนสองโฟตอน ข้อบกพร่องใด ๆ ดังกล่าวจะหมายความว่าการพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์ของการรักษาความปลอดภัยจะไม่เกิดขึ้นอีกต่อไป แฮ็กเกอร์อาจดมกลิ่นคีย์ลับของคุณ แม้ว่าการส่งสัญญาณจะดูปลอดภัย

การกระจายคีย์ควอนตัมที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์สามารถขจัดข้อบกพร่องดังกล่าวได้ วิธีการนี้สร้างขึ้นจากเทคนิคควอนตัมที่เรียกว่าการทดสอบ Bell ซึ่งเกี่ยวข้องกับการวัดอนุภาคที่พันกัน การทดสอบดังกล่าวสามารถพิสูจน์ได้ว่ากลศาสตร์ควอนตัมมีคุณสมบัติ “น่ากลัว” จริงๆ กล่าวคือ การไม่อยู่ในตำแหน่ง แนวคิดที่ว่าการวัดอนุภาคหนึ่งสามารถสัมพันธ์กับอนุภาคที่อยู่ห่างไกลได้ ในปี 2015 นักวิจัยได้ทำการทดสอบกระดิ่งแบบ “ปราศจากช่องโหว่” เป็นครั้งแรก ซึ่งรับรองโดยไม่ต้องสงสัยเลยว่าลักษณะการต่อต้านสัญชาตญาณของฟิสิกส์ควอนตัมนั้นเป็นของจริง ( SN: 12/15/15 )

Jean-Daniel Bancal จาก CEA Saclay ในฝรั่งเศสกล่าวว่า “การทดสอบ Bell ทำหน้าที่เป็นหลักประกัน อุปกรณ์ที่ผิดพลาดจะล้มเหลวในการทดสอบ ดังนั้น “เราสามารถอนุมานได้ว่าอุปกรณ์ทำงานอย่างถูกต้อง”

ในการศึกษาของพวกเขา Bancal และเพื่อนร่วมงานได้ใช้อะตอมสตรอนเทียมที่มีประจุไฟฟ้าพันกันซึ่งแยกจากกันประมาณสองเมตร การวัดอิออนเหล่านั้นรับรองว่าอุปกรณ์ของพวกเขาทำงานอย่างถูกต้อง และนักวิจัยได้สร้างคีย์ลับทีมงานรายงานในวันที่ 28 กรกฎาคมธรรมชาติ

โดยปกติ การสื่อสารควอนตัมมีไว้สำหรับการส่งทางไกล (ถ้าจะเล่าความลับให้ใครฟังที่อยู่ห่างออกไป 2 เมตร ให้เดินข้ามห้องไปเลยจะง่ายกว่า) ดังนั้น Scarani และเพื่อนร่วมงานจึงศึกษาอะตอมของรูบิเดียมที่พันกันห่างออกไป 400 เมตร นักวิจัยรายงานใน Natureฉบับเดียวกันว่าการตั้งค่ามีสิ่งที่ใช้ ในการผลิตรหัส ลับ แต่ทีมงานไม่ได้ปฏิบัติตามขั้นตอนทั้งหมด: ระยะทางที่เพิ่มขึ้นหมายความว่าการผลิตกุญแจจะใช้เวลาหลายเดือน

ในการศึกษาครั้งที่สามซึ่งตีพิมพ์ใน Physical Review Lettersเมื่อวันที่ 29 กรกฎาคมนักวิจัยได้โต้แย้งโฟตอนที่พันกันมากกว่าอะตอมหรือไอออน นักฟิสิกส์ Wen-Zhao Liu จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีนในเหอเฟยและเพื่อนร่วมงานยังได้สาธิตความสามารถในการสร้างกุญแจในระยะทางสูงสุด 220 เมตร หลิวกล่าว เนื่องจากโฟตอนมักจะสูญหายไปในกระบวนการส่งและตรวจจับซึ่งเป็นเรื่องยากโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโฟตอน

นักฟิสิกส์ Krister Shalm จากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติในโบลเดอร์โคโลกล่าวว่าการทดสอบ Bell ที่ปราศจากช่องโหว่นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย และเทคนิคเหล่านี้มีความท้าทายมากกว่า ความสำเร็จที่น่าประทับใจที่สามารถแสดงให้เห็นถึงความสามารถเหล่านี้ได้” Shalm ผู้เขียนมุมมองในฉบับเดียวกันของNatureกล่าว

ซึ่งหมายความว่าเทคนิคนี้จะไม่เห็นการใช้งานจริงในเร็วๆ นี้ นักฟิสิกส์ Nicolas Gisin จากมหาวิทยาลัยเจนีวา ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว

อย่างไรก็ตาม การกระจายคีย์ควอนตัมที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์เป็น “แนวคิดที่น่าสนใจอย่างยิ่ง” Gisin กล่าว การทดสอบเบลล์ออกแบบมาเพื่อตอบคำถามเชิงปรัชญาเกี่ยวกับธรรมชาติของความเป็นจริง ไม่ว่าฟิสิกส์ควอนตัมจะแปลกอย่างที่คิดหรือไม่ “การที่จะเห็นว่าตอนนี้มันกลายเป็นเครื่องมือที่ช่วยให้ทำอย่างอื่นได้” เขากล่าว “นี่คือความงาม”

หน้าแรก

Share

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published.