ตามทฤษฎีแล้ว กลศาสตร์ควอนตัมประสบความสำเร็จอย่างแน่นอน แม้จะมีการคาดการณ์ที่สวนทางกับสัญชาตญาณมากมาย แต่ก็ให้คำอธิบายที่ถูกต้องเกี่ยวกับโลกปรมาณูมากว่า 80 ปี นอกจากนี้ยังเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการออกแบบชิปคอมพิวเตอร์และฮาร์ดดิสก์ในปัจจุบัน ตลอดจนเลเซอร์ที่ใช้ในการสื่อสารผ่านไฟเบอร์ออปติกของอินเทอร์เน็ต อย่างไรก็ตาม ตอนนี้ ความสามารถ
ในการจัดการ
กับสถานะควอนตัมของอนุภาคย่อยของอะตอมแต่ละตัวทำให้เราสามารถใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติแปลก ๆ ของทฤษฎีควอนตัมได้โดยตรงมากขึ้นในเทคโนโลยีสารสนเทศ เราเคยชินกับการคิดว่าข้อมูลเป็นนามธรรม แต่ความจริงแล้วข้อมูลทั้งหมดต้องการสื่อทางกายภาพสำหรับการประมวลผล
การจัดเก็บ และการสื่อสาร หน่วยพื้นฐานของข้อมูล – บิตที่เป็น “0” หรือ “1” – สามารถแสดงทางกายภาพได้ด้วย ตัวอย่างเช่น กระแสในวงจรหรือแสงในใยแก้วนำแสง เมื่อข้อมูลถูกแสดงโดยระบบทางกายภาพที่เล็กลง ผลควอนตัมจึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ขีดจำกัดสุดท้ายเกิดขึ้น
เมื่อบิตถูกแสดงด้วยสถานะควอนตัมของอนุภาคเดี่ยว เช่น โพลาไรเซชันของโฟตอน เมื่อนำไปใช้กับข้อมูล ทฤษฎีควอนตัมทำให้เกิดการคาดการณ์ที่แปลกประหลาด สิ่งเหล่านี้ไม่เพียงแต่น่าสนใจในฐานะการทดสอบกลศาสตร์ควอนตัมเท่านั้น แต่ยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้จริงซึ่งไม่สามารถทำได้ง่ายๆ
ด้วยเทคโนโลยีสารสนเทศแบบ “คลาสสิก” ตัวอย่างเช่น คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะทำงานร่วมกับบิตที่สามารถเป็นได้ทั้ง “0” และ “1” ในเวลาเดียวกัน ทำให้สามารถแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์บางอย่างได้ เช่น การแยกตัวประกอบของตัวเลขจำนวนมาก ซึ่งยากจะเข้าใจได้หากใช้คอมพิวเตอร์ทั่วไป
แม้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้จริงจะใช้เวลาหลายปีในการพัฒนา แต่การแสดงให้เห็นอย่างหนึ่งของเทคโนโลยีสารสนเทศควอนตัมก็เป็นความจริงแล้ว นั่นคือ การเข้ารหัสด้วยควอนตัม วิธีการส่งข้อความที่ปลอดภัยเป็นพิเศษนี้ขึ้นอยู่กับหลักการพื้นฐานที่ว่าโดยทั่วไปแล้วการวัดสถานะควอนตัม
จะเปลี่ยนแปลง
สถานะนั้น ดังนั้น หากเราเข้ารหัสข้อความในสถานะควอนตัมแต่ละสถานะ เช่น เฟสของโฟตอนที่ส่งคลื่นใยแก้วนำแสง ผู้ดักฟังที่พยายามสกัดกั้นข้อความจะไม่สามารถหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงได้ ดังนั้นเราจึงสามารถทดสอบว่าข้อความถูกอ่านก่อนที่จะถึงผู้รับหรือไม่ ซึ่งเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้
โดยใช้สัญญาณแบบคลาสสิก ศักยภาพในเชิงพาณิชย์ของการเข้ารหัสแบบควอนตัมได้ดึงดูดการลงทุนภาคเอกชนในบริษัทสตาร์ทอัพหลายแห่งในสหรัฐอเมริกาและยุโรป ตัวอย่างเช่น บริษัท แยกตัวออกมาจากการวิจัยบุกเบิกที่มหาวิทยาลัยเจนีวา ขณะที่ในสหรัฐอเมริกา การพัฒนาเชิงพาณิชย์นำ
ซึ่งตั้งอยู่ในนิวยอร์กและแมสซาชูเซตส์ เมื่อเร็ว ๆ นี้ สตาร์ทอัพแห่งที่สามชื่อ ได้รับการก่อตั้งขึ้นในบริตตานี ประเทศฝรั่งเศส และผู้เล่นระดับองค์กรรายใหญ่ ล้วนมีโปรแกรมการเข้ารหัสควอนตัมที่ใช้งานอยู่ ด้วยผลิตภัณฑ์การเข้ารหัสควอนตัมหลายตัวในตลาดแล้ว อุตสาหกรรมข้อมูลควอนตัมได้มาถึงแล้ว
กุญแจสู่ความปลอดภัย การเข้ารหัสเป็นส่วนสำคัญของเครือข่ายคอมพิวเตอร์และการสื่อสารในปัจจุบัน ปกป้องทุกสิ่งตั้งแต่อีเมลธุรกิจไปจนถึงธุรกรรมธนาคารและการซื้อของทางอินเทอร์เน็ต โดยทั่วไป ข้อมูลจะถูกเก็บเป็นความลับโดยใช้สูตรทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าอัลกอริทึมการเข้ารหัส
ร่วมกับ “คีย์” ลับที่ผู้ส่งใช้เพื่อแปลงข้อความให้อยู่ในรูปแบบที่ผู้ดักฟังไม่สามารถเข้าใจได้ จากนั้นผู้รับจะใช้คีย์เดียวกัน โดยทั่วไปคือเลขฐานสองแบบยาว พร้อมอัลกอริทึมการถอดรหัสเพื่ออ่านข้อความแม้ว่าอัลกอริธึมสมัยใหม่ จะยากที่จะทำลายได้หากไม่มีคีย์ แต่ระบบนี้ก็มีจุดอ่อนที่เห็นได้ชัด
นั่นคือคีย์ต้องเป็นที่รู้จักทั้งสองฝ่าย ดังนั้นปัญหาของการสื่อสารที่เป็นความลับจึงลดลงเหลือเพียงวิธีการแจกจ่ายคีย์เหล่านี้อย่างปลอดภัย จากนั้นข้อความที่เข้ารหัสจะสามารถส่งไปตามช่องทางสาธารณะได้อย่างปลอดภัย วิธีการทั่วไปคือการใช้บริการจัดส่งที่เชื่อถือได้เพื่อขนส่งกุญแจจากผู้ส่งไปยังผู้รับ
อย่างไรก็ตาม
วิธีการแจกจ่ายใด ๆ ที่อาศัยมนุษย์นั้นมีความเสี่ยงที่กุญแจจะถูกเปิดเผยโดยสมัครใจหรืออยู่ภายใต้การบังคับขู่เข็ญ ในทางตรงกันข้าม การเข้ารหัสแบบควอนตัม หรือการกระจายคีย์แบบควอนตัม (QKD) ที่แม่นยำกว่านั้น ให้วิธีการแบบอัตโนมัติสำหรับการกระจายคีย์ลับโดยใช้เส้นใยสื่อสารมาตรฐาน
คุณสมบัติที่ปฏิวัติวงการของ QKD คือมีความปลอดภัยในตัว: สมมติว่ากฎของทฤษฎีควอนตัมถูกต้อง เราสามารถพิสูจน์ได้ว่าผู้ดักฟังไม่สามารถรับกุญแจได้หากผู้ส่งและผู้รับไม่ทราบ นอกจากนี้ QKD ยังอนุญาตให้เปลี่ยนคีย์ได้บ่อย ซึ่งช่วยลดการคุกคามของการโจรกรรมคีย์หรือ “การวิเคราะห์การเข้ารหัส”
โดยเครื่องดักฟังจะวิเคราะห์รูปแบบในข้อความที่เข้ารหัสเพื่ออนุมานคีย์ลับ วิธีแรกในการแจกจ่ายรหัสลับที่เข้ารหัสในสถานะควอนตัมถูกเสนอในปี 1984 โดยนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี ในโปรโตคอล ข้อมูลบางส่วนจะแสดงด้วยสถานะโพลาไรเซชันของโฟตอนเดี่ยว เช่น “0” ตามแนวนอน และ “1” ตามแนวตั้ง เป็นต้น
ผู้ส่ง ส่งโฟตอนเดี่ยวโพลาไรซ์จำนวนหนึ่งไปยังผู้รับ (Bob) และโดยดำเนินการวัดควอนตัมและการสื่อสารสาธารณะเป็นชุด พวกเขาสามารถสร้างรหัสที่ใช้ร่วมกันและทดสอบว่าผู้ดักฟัง ดักฟังสิ่งใดๆ หรือไม่ บิตของคีย์นี้ระหว่างทาง โปรโตคอล ช่วยให้เราไม่เพียงแต่ทดสอบการดักฟังเท่านั้น
แต่ยังรับประกันได้ว่า สามารถสร้างรหัสลับได้ แม้ว่า Eve จะกำหนดบิตบางส่วนในลำดับเลขฐานสองที่ใช้ร่วมกัน โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า “การขยายความเป็นส่วนตัว” ตัวอย่างเช่น ลองนึกภาพว่าอีฟรู้ 10% ของคีย์บิตที่อลิซและบ็อบใช้ร่วมกัน เมื่อตระหนักถึงสิ่งนี้ อลิซและบ็อบจึงสามารถตกลงต่อสาธารณชน
