อีกก้าวหนึ่งของงานวิจัยด้านรหัสความปลอดภัยเชิงควอนตัม (Quantum Cryptography) โพสต์เมื่อ:
09:59 วันที่ 29 ส.ค. 2548 ชมแล้ว:
242,415  ตอบแล้ว:
8
ภาพ (a) เป็นภาพแสดงการจัดตั้งอุปกรณ์ในการทดลอง โดย P1 และ P2 เป็น Polarizer ส่วน D1 และ D2 เป็นเครื่องตรวจวัด (detector) ส่วนภาพ (b) เป็นภาพแสดงโครงสร้างการเปลี่ยนระดับพลังงานระดับอะตอม (atomic transition) ซึ่งเป็นตัวก่อให้เกิดการพัวพันเชิงควอนตัมกันของอะตอมและโฟตอน และนำไปสู่การส่งข้อมูลด้วยคิวบิตของอะตอม (atomic qubit) (ภาพจาก Georgia Institute of Technology)
เชื่อกันว่าระบบเครือข่ายการติดต่อสื่อสารเชิงควอนตัม (Quantum Communication Network) เป็นระบบการสื่อสารที่มีความปลอดภัยสูงต่อการถูกดักฟังหรือถูกขโมยข้อมูล เพราะอาศัยหลักการทางทฤษฎีควอนตัมที่ว่า เมื่อมีใครมาทำการใดๆที่รบกวนพฤติกรรมของอนุภาคที่มีความพัวพันเชิงควอนตัม ( Quantum Entanglement) กันอยู่ในระบบ มันจะส่งผลกระทบถึงอนุภาคตัวอื่นๆในระบบทันที ทำให้ผู้ส่งข้อมูลและผู้รับข้อมูลสามารถรู้ได้ทันทีว่า มีคนพยายามดักฟังหรือพยายามขโมยข้อมูลอยู่ ( รายละเอียดของคำว่า Quantum Entanglement จะถูกอธิบายเพิ่มเติมใน ความเห็นเพิ่มเติม ข้างล่าง)
เมื่อเร็วๆนี้ นักฟิสิกส์ที่สถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย (Geogia Tech) ได้ประสบความสำเร็จอีกขั้นหนึ่งในการพัฒนาระบบเครือข่ายการติดต่อสื่อสารเชิงควอนตัม ด้วยการที่พวกเขาทำให้ โฟตอนหนึ่งตัวกับอะตอมอีกหนึ่งตัวที่ปะปนอยู่ในกลุ่มหมอกอะตอม ซึ่งมีความพัวพันเชิงควอนตัมกัน พวกเขายังกล่าวด้วยว่า การทำ quantum entanglement ระหว่างโฟตอนและกลุ่มอะตอมที่อยู่ในสภาวะกระตุ้นครั้งนี้ได้ผ่านบททดสอบที่เข้มงวดของ การละเมิดกฎการไม่เท่ากันของเบลล์ (Bell inequality violation) ซึ่งเป็นบททดสอบที่ต้องพิสูจน์ให้ทุกคนเห็นว่าระบบที่พวกเขาใช้มีการแสดงพฤติกรรมเชิงควอนตัมหรือไม่
การค้นพบครั้งนี้ เป็นก้าวสำคัญในการพัฒนา ระบบการติดต่อสื่อสารเชิงควอนตัมระยะไกล และผลการวิจัยครั้งนี้ ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารชั้นนำด้านฟิสิกส์ Physical Review Letterrs ในฉบับวันที่ 22 กรกฎาคม 2548
ด้วยการอาศัยโฟตอนหรืออะตอมเป็นสื่อนำพาข้อมูลจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ระบบเครือข่ายได้อาศัยวิธีการที่เรียกว่า การกระจายรหัสความปลอดภัยเชิงควอนตัม (quantum cryptographic key distribution) นั่นก็คือ การอาศัยอนุภาคสื่อนำข้อมูลทั้งสองตัว ซึ่งได้แก่ คิวบิตของโฟตอน (photonic qubit) และคิวบิตของอะตอม (atomic qubit) ที่ถูกทำให้มีความพัวพันเชิงควอนตัมกันอยู่ และเมื่อมีการไปรบกวนอนุภาคหนึ่งอนุภาคใดในระบบนี้ ด้วยหลักการทางทฤษฎีควอนตัมฟิสิกส์แล้ว อนุภาคอื่นๆในระบบจะมีผลกระทบทันที ทำให้เราจะสามารถตรวจจับพวกดักฟังที่มาทำให้ระบบมีการเปลี่ยนแปลงอันเนื่องมาจากการพยายามดักฟังของพวกเขา
อย่างไรก็ดีงานวิจัยด้านรหัสความปลอดภัยเชิงควอนตัมยังมีความท้าทายที่รออยู่อีกมาก หนึ่งในความท้าทายนั้นคือ การทำอย่างไรเพื่อให้ได้มาซึ่งอนุภาคที่เก็บข้อมูลได้นานเพียงพอและสามารถเดินทางได้ไกลเพื่อถึงจุดหมายที่ต้องการได้
ในทางทฤษฎีแล้ว คิวบิตของโฟตอนสามารถเดินทางได้ระยะไกลระยะหนึ่งก่อนที่จะถูกดูดซับโดยท่อใยแก้ว แต่ว่ามันมีข้อเสียที่ไม่สามารถกักเก็บข้อมูลได้นานเพียงพอ ในทางกลับกัน คิวบิตของอะตอมนั้น สามารถกักเก็บข้อมูลได้นานกว่า แต่ไม่สามารถเดินทางได้ไกล เพราะฉะนั้นแล้ว ระบบที่พัวพันเชิงควอนตัมของอะตอมและโฟตอนจะสามารถแก้ปัญหาทั้งเวลาและระยะทางได้เป็นอย่างดี แต่ปัญหาที่ท้าทายอีกอย่างก็คือทำอย่างไรให้อนุภาคพวกนี้มีความพัวพันเชิงควอนตัมกันด้วยวิธีง่ายๆ และใช้อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์น้อยที่สุด
นักฟิสิกส์ Alex Kuzmich และ Brian Kennedy ได้เกิดความคิดว่า การใช้กลุ่มของอนุภาคจำนวนเยอะๆ น่าจะเป็นวิธีการที่ได้ผล โดยแทนที่จะเป็นการพยายามแยกอะตอมตัวหนึ่งออกมาแล้วทำให้มันอยู่ในสภาวะกระตุ้น พวกเขาได้ทำให้กลุ่มหมอกของอะตอมหลายๆตัวถูกกระตุ้นแทน
Kuzmich ผู้ช่วยศาสตราจารย์ สาขาฟิสิกส์ ที่ Geogia Tech ได้กล่าวว่า วิธีการใช้กลุ่มคิวบิตของอะตอมนี้ง่ายกว่าวิธีการใช้อะตอมตัวเดียว และ ด้วยวิธีการนี้ทำให้เราลดปริมาณของฮาร์ดแวร์ที่จำเป็นต้องใช้ให้น้อยลงเนื่องจากว่าเราสามารถข้ามขั้นตอนที่ต้องแยกอะตอมให้ออกมาตัวเดียวไปได้เลย Kuzmich กล่าวต่อว่า อันที่จริงแล้ว เราไม่จำเป็นต้องรู้ หรือ ต้องการที่จะรู้ด้วยซ้ำว่า อะตอมตัวไหนที่อยู่ในกลุ่มหมอกเป็นคิวบิต และ ยิ่งกว่านั้น ในผลงานวิจัยครั้งนี้ เรายังสามารถแสดงให้เห็นได้ว่า ระบบที่พัวพันเชิงควอนตัมกันอยู่ของอะตอมกับโฟตอนที่พวกเราสร้างขึ้นได้ละเมิดกฎการไม่เท่ากันของเบลล์ (Bell inequality violation)
Kennedy ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์แห่ง Geogia Tech ได้กล่าวว่า ด้วยเทคนิคการใช้อะตอมเพียงตัวเดียว มันเป็นการยากที่จะควบคุมระบบ อันเนื่องมาจากต้องมีการตระเตรียมหลายขั้นตอน แต่การให้ได้มาของกลุ่มหมอกอะตอมหลายๆตัวที่อยู่ในสภาวะกระตุ้นนั้น การตระเตรียมเบื้องต้นมีเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เราไม่จำเป็นต้องไปวุ่นวายกับ สถานะภายใน (internal state) มากนัก ซึ่งนั่นเป็นสิ่งที่ต้องกังวลอย่างมากในการใช้อะตอมตัวเดียว
นอกเหนือจากการทำให้ระบบผ่านบททดสอบที่เข้มงวดของ Bell inequality แล้ว นักฟิสิกส์กลุ่มนี้ ได้อ้างว่า พวกเขาสามารถเพิ่มระยะเวลาของการกักเก็บข้อมูลของกลุ่มหมอกอะตอมได้อีกหลายเสี้ยววินาที ( เสี้ยววินาที ในที่นี้ อยู่ในระดับขนาด 10-6 วินาที) ซึ่ง เวลาขนาดนี้มีขนาดเป็นห้าสิบเท่า ของเวลาที่ใช้ในการตระเตรียมและวัดการพัวพันกันเชิงควอนตัมของอะตอมและโฟตอน
ความท้าทายอีกอันของระบบเครือข่ายการติดต่อสื่อสารเชิงควอนตัมก็คือ ความจำเป็นของการที่ต้องมี node กับตัวทำซ้ำ (repeater) ของเครือข่าย เพื่อเป็นตัวเชื่อมการถ่ายโอนข้อมูลของอนุภาคโฟตอน อันเนื่องมาจากว่า โฟตอนจะถูกดูดซับหายไปด้วยท่อใยนำแสงเมื่อมันเดินทางมาได้ระยะทางไกลๆ ระยะหนึ่ง
Kennedy ยังได้กล่าวอีกว่า ขั้นตอนที่สำคัญในการพัฒนาระบบการติดต่อสื่อสารเชิงควอนตัมอีกอย่างก็คือ การสร้างส่วนต่างๆ ของระบบ (ทั้ง node และ repeater และระบบของอะตอมและโฟตอนที่มีความพัวพันเชิงควอนตัม) เหล่านี้ให้อยู่ด้วยกันและทำการยืนยันให้ได้ว่า พวกมันมีพฤติกรรมเชิงควอนตัม
ข้อมูลจาก
http://www.sciencedaily.com/releases/2005/08/050814174734.htm
- ฉบับตีพิมพ์ของงานชิ้นนี้ใน Physical Review Letters
http://www.physics.gatech.edu/qoptics/papers/MatsukevichPRL.pdf
ข้อมูลเพิ่มเติม
- ข่าวงานด้านนี้ในเว็บของสถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย
http://www.gatech.edu/news-room/release.php?id=599
- เว็บกลุ่มวิจัยด้าน Quantum Optics ที่สถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย
http://www.physics.gatech.edu/qoptics/
- บทความ ไอน์สไตน์กับทฤษฎีควอนตัม ของ อ. สุทัศน์ ยกส้าน ในเว็บ manager.co.th
http://www.manager.co.th/Daily/ViewNews.aspx?NewsID=9480000106410
- เว็บศูนย์วิจัยด้าน Quantum Computation ของ Cambridge University
http://www.qubit.org/
- เว็บงานวิจัยด้าน Quantum Information ของสถาบันมาตรวิทยาของสหรัฐฯ
http://qubit.nist.gov/
|
จำนวน 7 ความเห็น, หน้า่ | -1- ความเห็นเพิ่มเติมที่ 1 29 ส.ค. 2548 (10:01)
ภาพแสดงการพัวพันเชิงควอนตัมของโฟตอนสองตัว
|
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 2 29 ส.ค. 2548 (10:19)
ภาพแสดงการติดต่อสื่อสารระหว่าง Alice กับ Bob โดยการใช้หลักรหัสความปลอดภัยเชิงควอนตัม (Quantum Cryptography) เมื่อ Eve พยายามดักฟังหรือ hack ข้อมูลจากอีเมล์หรือไฟล์ที่ Alice และ Bob ส่งให้กัน เธอจะไปทำการรบกวนพฤติกรรมของอนุภาคโฟตอนที่เป็นสื่อนำข้อมูลในระบบ ทำให้อนุภาคตัวอื่นๆถูกกระทบ และทำให้ Bob และ Alice สามารถรู้ได้ว่า มีคนดักฟังอยู่
|
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 3 30 ส.ค. 2548 (12:03) ความพัวพันเชิงควอนตัม (Quantum Entanglement) เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่สถานะทางควอนตัมของอนุภาคสองตัวใดๆ หรือมากกว่าสองตัวขึ้นไป ต้องมีการอ้างอิงถึงกันเสมอ ถึงแม้ว่าพวกมันจะแยกอยู่คนละตำแหน่ง
ยกตัวอย่างเช่น ถ้าอนุภาคสองตัวถูกทำให้อยู่ในสถานะทางควอนตัมเดียวกัน เมื่อเราทำการวัด เราจะเห็นอนุภาคตัวหนึ่งมี spin ขึ้นและอีกอนุภาคมี spin ลง เสมอ ถึงแม้ว่า ตามหลักทฤษฎีควอนตัมฟิสิกส์ มันเป็นไปไม่ได้เลย ที่จะทำนายว่าอนุภาคคู่ใดที่ถูกทำการวัดอยู่ และด้วยเหตุนี้ การทำการวัดของระบบใดระบบหนึ่งจะส่งผลกระทบกับอีกระบบทันที
ผมว่า นิยามนี้อาจยังไม่ชัดเจนเท่าไร ไว้ผมจะหาข้อมูลมาเพิ่มเติมอีกในความเห็นเพิ่มเติมต่อไปนะครับ
 ความเห็นเพิ่มเติมที่ 4 31 ส.ค. 2548 (14:57) ดูแล้ว อย่างกับโลกในกระจกเงาจะมีอยู่อย่างนั้นหรือเปล่าครับ
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 5 31 ส.ค. 2548 (18:41) อืม เรื่องโลกในกระจกเงาอาจจะเกี่ยวกับเรื่องของ Parallel Universe หรือเปล่าครับ ที่บอกว่า มีโลกอีกโลกหนึ่ง ที่ปรากฏการณ์ต่างๆ ดำเนินไป โดยไม่มีผลกระทบกับโลกเรา แต่ ในโลกนั้น ก็มีเรา เพื่อนๆเรา สิ่งแวดล้อมอื่นๆ เหมือนกับโลกของเราทุกอย่าง
แต่ว่า ทฤษฎีความพัวพันกันเชิงควอนตัม เป็นธรรมชาติที่ปรากฏการณ์ที่มีอยู่เฉพาะในระดับควอนตัม ผมไม่ทราบเหมือนกันว่า ทางสาขาอื่นๆ มีแบบนี้หรือเปล่า ฮิกส์แมน (IP:221.128.91.7,,)
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 7 21 เม.ย. 2551 (18:41) คุณ ช่วยแจ้งลบความเห็นนี้แล้ว ขอบคุณค่ะc373t ma911zda (IP:217.107.217.147)
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 8 8 พ.ค. 2551 (11:19) คุณ ช่วยแจ้งลบความเห็นนี้แล้ว ขอบคุณค่ะc531t ma517zda (IP:89.111.173.76)
| 
