การเข้ารหัสควอนตัมคืออะไร?

การเข้ารหัสแบบควอนตัมหมายถึงระบบการเข้ารหัสที่อาศัยผลเชิงกลเชิงควอนตัมและคุณสมบัติในการดำเนินการเข้ารหัส สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับการเข้ารหัสแบบดั้งเดิมที่ใช้ในคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ ข้อกำหนดพื้นฐานของการเข้ารหัสควอนตัมคือการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม ไม่สามารถทำได้โดยใช้คอมพิวเตอร์มาตรฐาน

คิวเคดี

ช่องหลักในการเข้ารหัสแบบควอนตัมคือ QKD QKD ย่อมาจาก Quantum Key Distribution แทนที่จะใช้กระบวนการเข้ารหัสควอนตัมอย่างสมบูรณ์ QKD ใช้เอฟเฟกต์ควอนตัมเพื่อแจกจ่ายคีย์การเข้ารหัสแบบดั้งเดิมอย่างปลอดภัย ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องพัฒนาระบบการสื่อสารควอนตัมที่ปลอดภัยที่ได้รับการพิสูจน์แล้วเท่านั้น แทนที่จะต้องพัฒนาอัลกอริทึมควอนตัมที่ซับซ้อนกว่านี้มาก นอกจากนี้ยังช่วยลดความต้องการทางกายภาพ ในทางเทคนิค เฉพาะการ์ดเครือข่ายควอนตัมเท่านั้นที่จำเป็นสำหรับคอมพิวเตอร์ปกติ แทนที่จะเป็นคอมพิวเตอร์ควอนตัมทั้งหมด

กลศาสตร์ควอนตัมช่วยพัฒนาระบบการสื่อสารควอนตัมที่ปลอดภัย มีวิธีการสื่อสารด้วยช่องทางการสื่อสารควอนตัมที่บุคคลที่สามที่ไม่ได้รับอนุญาตไม่สามารถตรวจสอบได้หากไม่ตรวจจับการบุกรุก

ความปลอดภัยของช่องทางการสื่อสารแบบควอนตัมยังสามารถลดลงเป็นข้อกำหนดขั้นต่ำสุดเพียงไม่กี่ข้อ เงื่อนไขประการหนึ่งคือให้ฝ่ายที่ถูกต้องตามกฎหมายทั้งสองฝ่ายมีวิธีพิสูจน์ตัวตนซึ่งกันและกัน ข้อกำหนดอีกประการหนึ่งก็คือต้องใช้กฎของกลศาสตร์ควอนตัม

ปัญหาหลักของ QKD มาจากความยากในการส่งข้อมูลควอนตัมในระยะทางที่ไกลมาก การวิจัยในปัจจุบันช่วยให้มีอัตราข้อตกลงที่สำคัญที่เหมาะสมเหนือเส้นใยแก้วนำแสงตราบเท่าที่ 550 กม. นอกเหนือจากระยะนี้ จำเป็นต้องมีตัวทำซ้ำควอนตัมเพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณจะไม่สูญหายไปกับสัญญาณรบกวน นอกจากนี้ การกำหนดเส้นทางการสื่อสารแบบควอนตัมผ่านอินเทอร์เน็ตแบบควอนตัมอาจเป็นเรื่องที่ท้าทาย ระบบการทดสอบในปัจจุบันมีแนวโน้มที่จะเป็นแบบจุดต่อจุด

การวิจัยสาขาอื่น ๆ

เอฟเฟกต์ควอนตัมสามารถนำมาใช้ในด้านการคำนวณควอนตัมที่ไม่น่าเชื่อถือ ที่นี่ทั้งสองฝ่ายสามารถร่วมมือกันได้โดยไม่ต้องไว้วางใจซึ่งกันและกัน ระบบควอนตัมสามารถออกแบบให้ทั้งสองฝ่ายสามารถพิสูจน์ได้ว่าอีกฝ่ายกำลังโกง อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้อาศัยผลกระทบที่ไม่ใช่ควอนตัม เช่น ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

การวิจัยกำลังดำเนินไปในสาขาอื่นๆ เช่น กำหนดให้ผู้รับอยู่ในตำแหน่งทางกายภาพที่เฉพาะเจาะจง แม้ว่าฝ่ายตรงข้ามสองคนจะสมรู้ร่วมคิดกันก็ตาม แผนการอื่นๆ พยายามที่จะบังคับแม้แต่ผู้รับที่ไม่ซื่อสัตย์อย่างแข็งขันให้ต้องซื่อสัตย์โดยการนำความต้องการของระบบมาใช้อย่างท่วมท้นเพื่อให้สามารถฉ้อฉลได้ งานประเภทนี้ส่วนใหญ่ได้แสดงจุดอ่อนในการใช้งานควอนตัมในปัจจุบัน แต่ได้เปิดประตูไว้สำหรับการวิจัยในอนาคตในสาขาที่ยังใหม่อยู่

การสื่อสารด้วยควอนตัมต้องการหลายสิ่งหลายอย่างเพื่อความปลอดภัยอย่างแท้จริง ประการแรก การส่งสัญญาณด้วยแสงจำเป็นต้องสามารถส่งโฟตอนเดียวได้ ระบบปัจจุบันมักจะใช้เลเซอร์ที่ส่งโฟตอนที่หลายๆ ตามทฤษฎีแล้ว ศัตรูสามารถดักจับโฟตอนหนึ่งจากหลายๆ ตัวได้โดยไม่ทิ้งร่องรอยไว้ มีการวิจัยที่มีแนวโน้มในการพัฒนาแหล่งที่มาของโฟตอนเดี่ยว

ประการที่สอง เครื่องตรวจจับโฟตอนประสบกับความแตกต่างตามเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนในการผลิต ซึ่งเปิดหน้าต่างให้ผู้ดักฟังฉีดตัวเองเข้าไปในสตรีมการสื่อสารโดยไม่ถูกตรวจพบ ปัญหานี้ไม่สามารถแก้ไขได้อย่างเต็มที่หากปราศจากความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดอย่างไม่มีที่สิ้นสุด ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่เป็นไปไม่ได้

บทสรุป

การเข้ารหัสแบบควอนตัมหมายถึงการเข้ารหัสที่ใช้เอฟเฟกต์เชิงกลเชิงควอนตัม ฟิลด์หลักในปัจจุบันคือการกระจายคีย์ควอนตัม ซึ่งใช้วิธีการสื่อสารแบบควอนตัมเพื่อส่งคีย์การเข้ารหัสแบบดั้งเดิม การเข้ารหัสควอนตัมไม่ควรสับสนกับการเข้ารหัสหลังควอนตัม