ควอนตัมอินเทอร์เน็ต คืออะไร?

เครือข่ายรุ่นถัดไปที่ปลอดภัยซึ่งใช้กลศาสตร์ควอนตัม เช่น การพันกัน เพื่อส่งข้อมูลผ่านคิวบิต ถือเป็นการปฏิวัติการสื่อสาร

ควอนตัมอินเทอร์เน็ต คืออะไร?

คำนิยาม

อินเทอร์เน็ตควอนตัมคือเครือข่ายที่จะช่วยให้อุปกรณ์ควอนตัมสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลบางอย่างภายในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมกฎประหลาดๆ ของกลศาสตร์ควอนตัม ในทางทฤษฎี สิ่งนี้จะช่วยเพิ่มขีดความสามารถที่ไม่เคยมีมาก่อนของอินเทอร์เน็ตควอนตัม ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยแอปพลิเคชันบนเว็บในปัจจุบัน

ในโลกควอนตัม ข้อมูลสามารถถูกเข้ารหัสในสถานะคิวบิต ซึ่งสามารถสร้างได้ในอุปกรณ์ควอนตัม เช่น คอมพิวเตอร์ควอนตัมหรือโปรเซสเซอร์ควอนตัม และอินเทอร์เน็ตควอนตัม พูดง่ายๆ ก็คือ การส่งคิวบิตผ่านเครือข่ายของอุปกรณ์ควอนตัมหลายตัวที่แยกจากกันทางกายภาพ สิ่งสำคัญคือ ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นได้ด้วยคุณสมบัติที่แปลกประหลาดซึ่งมีเฉพาะในสถานะควอนตัม 

นั่นอาจฟังดูคล้ายกับอินเทอร์เน็ตทั่วไป แต่การส่งคิวบิตผ่านช่องควอนตัม แทนที่จะเป็นช่องควอนตัมแบบคลาสสิก หมายความว่าเราสามารถใช้ประโยชน์จากพฤติกรรมของอนุภาคในระดับที่เล็กที่สุดได้อย่างแท้จริง ซึ่งเรียกว่า "สถานะควอนตัม" ซึ่งสร้างทั้งความยินดีและความผิดหวังให้กับนักวิทยาศาสตร์มานานหลายทศวรรษ 

และกฎของฟิสิกส์ควอนตัม ซึ่งเป็นรากฐานของวิธีการส่งข้อมูลในอินเทอร์เน็ตควอนตัมนั้น เป็นสิ่งที่ไม่คุ้นเคยเลย แท้จริงแล้ว กฎเหล่านี้แปลกประหลาด ขัดกับสัญชาตญาณ และบางครั้งดูเหมือนเหนือธรรมชาติเสียด้วยซ้ำ 

เพื่อทำความเข้าใจว่าระบบนิเวศควอนตัมของอินเทอร์เน็ต 2.0 ทำงานอย่างไร คุณอาจอยากลืมทุกสิ่งที่เคยรู้เกี่ยวกับการประมวลผลแบบคลาสสิกไปได้เลย เพราะอินเทอร์เน็ตควอนตัมแทบจะไม่ทำให้คุณนึกถึงเว็บเบราว์เซอร์ตัวโปรดของคุณเลย

เราสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลประเภทใดกับควอนตัมได้บ้าง?

สรุปคือ ไม่ค่อยมีอะไรที่ผู้ใช้ส่วนใหญ่คุ้นเคยนัก ดังนั้น อย่างน้อยในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า คุณไม่ควรคาดหวังว่าวันหนึ่งจะสามารถเข้าร่วมการประชุมแบบควอนตัม Zoom ได้

หัวใจสำคัญของการสื่อสารด้วยควอนตัมคือความจริงที่ว่าคิวบิต ซึ่งควบคุมกฎพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม มีพฤติกรรมที่แตกต่างจากบิตแบบคลาสสิกมาก 

เนื่องจากบิตแบบคลาสสิกมีการเข้ารหัสข้อมูล บิตจึงสามารถมีสถานะได้เพียง 1 ใน 2 สถานะเท่านั้น เช่นเดียวกับสวิตช์ไฟที่ต้องเปิดหรือปิด และเช่นเดียวกับแมวที่ต้องตายหรือมีชีวิต บิตก็ ต้อง เป็น 0 หรือ 1 เช่นกัน

คิวบิตไม่ได้เป็นเช่นนั้น คิวบิตถูกซ้อนทับกัน พวกมันสามารถเป็น 0 และ  1 ได้พร้อมกัน ในสถานะควอนตัมพิเศษที่ไม่มีอยู่ในโลกคลาสสิก มันเหมือนกับว่าคุณสามารถอยู่ได้ทั้งฝั่งซ้ายและฝั่งขวาของโซฟาในเวลาเดียวกัน 

ความขัดแย้งคือ การวัดคิวบิตเพียงอย่างเดียวก็หมายความว่าคิวบิตนั้นถูกกำหนดสถานะ คิวบิตที่วัดได้จะลดสถานะจากสถานะคู่โดยอัตโนมัติ และถูกจัดระดับเป็น 0 หรือ 1 เช่นเดียวกับบิตแบบคลาสสิก 

ปรากฏการณ์ทั้งหมดนี้เรียกว่าการซ้อนทับ และเป็นแกนหลักของกลศาสตร์ควอนตัม 

ไม่น่าแปลกใจที่คิวบิตไม่สามารถใช้ส่งข้อมูลประเภทที่เราคุ้นเคย เช่น อีเมลและข้อความ WhatsApp ได้ แต่พฤติกรรมที่แปลกประหลาดของคิวบิตกำลังเปิดโอกาสมากมายในแอปพลิเคชันเฉพาะกลุ่มอื่นๆ

การสื่อสารแบบควอนตัม (ปลอดภัยยิ่งขึ้น)

แนวทางที่น่าตื่นเต้นที่สุดอย่างหนึ่งที่นักวิจัยซึ่งใช้คิวบิตกำลังสำรวจอยู่ก็คือความปลอดภัย 

เมื่อพูดถึงการสื่อสารแบบดั้งเดิม ข้อมูลส่วนใหญ่ได้รับการรักษาความปลอดภัยโดยการแจกจ่ายกุญแจร่วมให้กับผู้ส่งและผู้รับ จากนั้นจึงใช้กุญแจร่วมนี้เพื่อเข้ารหัสข้อความ ผู้รับจึงสามารถใช้กุญแจของตนเพื่อถอดรหัสข้อมูลที่ปลายทางได้

ความปลอดภัยของการสื่อสารแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ในปัจจุบันนั้นอาศัยอัลกอริทึมสำหรับการสร้างคีย์ที่แฮกเกอร์เจาะได้ยาก แต่ก็ไม่ใช่ว่าจะเจาะไม่ได้ นั่นเป็นเหตุผลที่นักวิจัยกำลังพิจารณาที่จะทำให้กระบวนการสื่อสารนี้กลายเป็น "ควอนตัม" แนวคิดนี้เป็นหัวใจสำคัญของสาขาความมั่นคงปลอดภัยทางไซเบอร์ที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ที่เรียกว่า การกระจายคีย์ควอนตัม (QKD)

QKD ทำงานโดยให้ฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งเข้ารหัสข้อมูลคลาสสิกด้วยการเข้ารหัสคีย์ลงในคิวบิต จากนั้นผู้ส่งจะส่งคิวบิตเหล่านั้นไปยังอีกฝ่ายหนึ่ง ซึ่งจะวัดค่าคิวบิตเพื่อให้ได้ค่าคีย์ 

การวัดทำให้สถานะของคิวบิตพังทลายลง แต่สิ่งสำคัญคือค่าที่อ่านได้ระหว่างกระบวนการวัด ในทางหนึ่งคิวบิตมีหน้าที่เพียงส่งค่าคีย์เท่านั้น

ที่สำคัญกว่านั้น QKD หมายความว่าสามารถตรวจสอบได้ง่ายว่ามีบุคคลที่สามแอบฟังคิวบิตระหว่างการส่งข้อมูลหรือไม่ เนื่องจากผู้บุกรุกอาจทำให้คีย์พังลงได้เพียงแค่ดูเท่านั้น

หากแฮกเกอร์ตรวจสอบคิวบิต ณ จุดใดจุดหนึ่งขณะที่กำลังส่งข้อมูล สถานะของคิวบิตจะเปลี่ยนโดยอัตโนมัติ สายลับย่อมทิ้งร่องรอยการดักฟังไว้ ซึ่งเป็นเหตุผลที่นักเข้ารหัสยืนยันว่า QKD นั้น "พิสูจน์ได้" ว่าปลอดภัย

แล้วทำไมต้องเป็นอินเทอร์เน็ตควอนตัม?

เทคโนโลยี QKD ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น วิธีการ "ปกติ" ในการสร้าง QKD ในปัจจุบันประกอบด้วยการส่งคิวบิตแบบทิศทางเดียวไปยังตัวรับ ผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสง แต่วิธีการดังกล่าวจำกัดประสิทธิภาพของโปรโตคอลอย่างมาก 

คิวบิตอาจสูญหายหรือกระจัดกระจายได้ง่ายในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ซึ่งหมายความว่าสัญญาณควอนตัมมีแนวโน้มผิดพลาดได้ง่ายและเดินทางได้ระยะทางไกลได้ยาก อันที่จริง การทดลองในปัจจุบันจำกัดอยู่แค่ระยะทางหลายร้อยกิโลเมตรเท่านั้น 

มีวิธีแก้ปัญหาอีกวิธีหนึ่ง ซึ่งเป็นวิธีที่รองรับอินเทอร์เน็ตควอนตัม นั่นก็คือการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติอีกประการหนึ่งของควอนตัมที่เรียกว่า การพันกัน เพื่อสื่อสารระหว่างสองอุปกรณ์

เมื่อคิวบิตสองตัวมีปฏิสัมพันธ์กันและพันกัน พวกมันจะมีคุณสมบัติเฉพาะที่ขึ้นอยู่กับกันและกัน แม้ว่าคิวบิตจะอยู่ในสถานะพันกัน การเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่เกิดขึ้นกับอนุภาคหนึ่งในคู่จะส่งผลต่ออีกอนุภาคหนึ่งด้วย แม้ว่าจะแยกจากกันทางกายภาพก็ตาม

 

ดังนั้น สถานะของคิวบิตแรกจึงสามารถ "อ่าน" ได้โดยการดูพฤติกรรมของคู่ที่พันกันของมัน ถูกต้องแล้ว แม้แต่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ยังเรียกสิ่งนี้ว่า "การกระทำอันน่าขนลุกในระยะไกล"

และในบริบทของการสื่อสารแบบควอนตัม การพันกันอาจส่งผลให้สามารถเทเลพอร์ตข้อมูลบางส่วนจากคิวบิตหนึ่งไปยังอีกครึ่งหนึ่งที่พันกัน โดยไม่จำเป็นต้องมีช่องทางทางกายภาพเพื่อเชื่อมโยงทั้งสองเข้าด้วยกันในระหว่างการส่งข้อมูล

การพันกันทำงานอย่างไร?

แนวคิดเรื่องการเทเลพอร์ตนั้น ตามนิยามแล้วหมายถึงการขาดเครือข่ายทางกายภาพที่เชื่อมโยงระหว่างอุปกรณ์สื่อสารต่างๆ แต่อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องสร้างการพันกันก่อน แล้วจึงค่อยรักษาไว้ 

ในการดำเนินการ QKD โดยใช้ entanglement จำเป็นต้องสร้างโครงสร้างพื้นฐานที่เหมาะสมเพื่อสร้างคู่คิวบิต entanglement ก่อน จากนั้นจึงกระจายไปยังผู้ส่งและผู้รับ วิธีนี้จะสร้างช่องทาง "การเคลื่อนย้าย" ที่สามารถแลกเปลี่ยนคีย์การเข้ารหัสได้

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อสร้างคิวบิตที่พันกัน (entangled qubits) เสร็จแล้ว คุณต้องส่งคู่หนึ่งครึ่งหนึ่งไปยังผู้รับกุญแจ คิวบิตที่พันกันสามารถเดินทางผ่านเครือข่ายใยแก้วนำแสงได้ แต่เครือข่ายเหล่านั้นจะไม่สามารถรักษาการพันกันไว้ได้หลังจากระยะทางประมาณ 60 ไมล์ 

คิวบิตสามารถถูกพันกันในระยะทางไกลได้โดยใช้ดาวเทียม แต่การครอบคลุมโลกด้วยอุปกรณ์ควอนตัมจากอวกาศนั้นมีราคาแพง 

ดังนั้น การสร้าง "เครือข่ายเทเลพอร์ต" ขนาดใหญ่ที่สามารถเชื่อมโยงคิวบิตทั่วโลกได้อย่างมีประสิทธิภาพจึงยังคงมีความท้าทายทางวิศวกรรมมหาศาล เมื่อเครือข่ายเอนแทงเกิลเมนต์พร้อมใช้งาน เวทมนตร์ก็จะเริ่มต้นขึ้น นั่นคือ คิวบิตที่เชื่อมโยงกันจะไม่จำเป็นต้องวิ่งผ่านโครงสร้างพื้นฐานทางกายภาพใดๆ อีกต่อไปเพื่อส่งสาร 

ดังนั้น ในระหว่างการส่งข้อมูล คีย์ควอนตัมจึงแทบจะมองไม่เห็นโดยบุคคลที่สาม ไม่สามารถดักจับได้ และ "เทเลพอร์ต" จากจุดปลายทางหนึ่งไปยังอีกจุดปลายทางหนึ่งได้อย่างน่าเชื่อถือ แนวคิดนี้จะสอดคล้องกับอุตสาหกรรมที่ต้องจัดการกับข้อมูลสำคัญ เช่น ธนาคาร บริการสุขภาพ หรือการสื่อสารบนเครื่องบิน และมีแนวโน้มว่ารัฐบาลที่ปกปิดข้อมูลลับสุดยอดจะเป็นผู้บุกเบิกการนำเทคโนโลยีนี้มาใช้

เราจะทำอะไรได้อีกกับอินเทอร์เน็ตควอนตัม?

คุณอาจจะถามว่า 'ทำไมต้องมายุ่งกับเรื่องพันกันด้วยล่ะ' เพราะนักวิจัยสามารถหาวิธีปรับปรุงรูปแบบ "ปกติ" ของ QKD ได้ง่ายๆ ยกตัวอย่างเช่น ตัวทวนสัญญาณควอนตัม อาจช่วยเพิ่มระยะการสื่อสารในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้อย่างมาก โดยไม่ต้องไปไกลถึงขั้นพันกันกับคิวบิต

ทั้งนี้ยังไม่รวมศักยภาพมหาศาลที่ entanglement อาจมีต่อการประยุกต์ใช้งานอื่นๆ QKD เป็นตัวอย่างที่ถูกพูดถึงบ่อยที่สุดเกี่ยวกับสิ่งที่อินเทอร์เน็ตควอนตัมสามารถบรรลุได้ เนื่องจากเป็นการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีที่เข้าถึงได้ง่ายที่สุด อย่างไรก็ตาม ความปลอดภัยยังห่างไกลจากสาขาเดียวที่สร้างความตื่นตาตื่นใจให้กับนักวิจัย 

เครือข่ายพันกันที่ใช้สำหรับ QKD ยังสามารถใช้เพื่อให้วิธีการที่เชื่อถือได้ในการสร้างคลัสเตอร์ควอนตัมที่ประกอบด้วยคิวบิตพันกันที่ตั้งอยู่ในอุปกรณ์ควอนตัมที่แตกต่างกัน

นักวิจัยไม่จำเป็นต้องใช้ฮาร์ดแวร์ควอนตัมที่ทรงพลังเป็นพิเศษเพื่อเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตควอนตัม อันที่จริง แม้แต่โปรเซสเซอร์คิวบิตเดียวก็สามารถทำได้ แต่ด้วยการเชื่อมโยงอุปกรณ์ควอนตัมซึ่งในปัจจุบันมีขีดความสามารถจำกัดเข้าด้วยกัน นักวิทยาศาสตร์คาดว่าพวกเขาสามารถสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เหนือกว่าอุปกรณ์อื่นๆ ทั้งหมดได้

การเชื่อมต่ออุปกรณ์ควอนตัมขนาดเล็กจำนวนมากเข้าด้วยกัน ทำให้อินเทอร์เน็ตควอนตัมสามารถเริ่มแก้ปัญหาที่ปัจจุบันยังไม่สามารถทำได้ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพียงเครื่องเดียว ซึ่งรวมถึงการเร่งการแลกเปลี่ยนข้อมูลจำนวนมหาศาล และการดำเนินการทดลองการตรวจจับขนาดใหญ่ในด้านดาราศาสตร์ การค้นพบวัสดุ และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ

ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงเชื่อมั่นว่าเราสามารถได้รับประโยชน์จากอินเทอร์เน็ตควอนตัมได้ก่อนที่ยักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยีอย่าง Google และ IBM จะบรรลุถึงอำนาจสูงสุดของควอนตัม ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมเพียงเครื่องเดียวจะสามารถแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมไม่สามารถแก้ไขได้

ในปัจจุบันคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ล้ำหน้าที่สุดของ Google และ IBM ประกอบด้วยคิวบิตประมาณ 50 คิวบิต ซึ่งหากใช้เพียงอย่างเดียวก็น้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับความจำเป็นในการคำนวณมหาศาลที่จำเป็นต่อการแก้ปัญหาที่การวิจัยควอนตัมหวังจะแก้ไขได้ 

ในทางกลับกัน การเชื่อมโยงอุปกรณ์ดังกล่าวเข้าด้วยกันผ่านควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์อาจส่งผลให้เกิดคลัสเตอร์ที่มีขนาดหลายพันคิวบิต สำหรับนักวิทยาศาสตร์หลายคน การสร้างความแข็งแกร่งในการประมวลผลดังกล่าวคือเป้าหมายสูงสุดของโครงการอินเทอร์เน็ตควอนตัม

เราไม่สามารถทำอะไรได้บ้างกับอินเทอร์เน็ตควอนตัม?

ในอนาคตอันใกล้นี้ อินเทอร์เน็ตควอนตัมจะไม่สามารถใช้แลกเปลี่ยนข้อมูลในลักษณะที่เราทำบนแล็ปท็อปในปัจจุบันได้

การจินตนาการถึงอินเทอร์เน็ตควอนตัมกระแสหลักที่แพร่หลายทั่วไปนั้น จำเป็นต้องคาดการณ์ถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอีกไม่กี่ทศวรรษ (หรือมากกว่านั้น) แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะฝันถึงอนาคตของอินเทอร์เน็ตควอนตัมมากเพียงใด ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะเปรียบเทียบโครงการในปัจจุบันกับวิธีที่เราท่องเว็บทุกวัน

งานวิจัยด้านการสื่อสารควอนตัมจำนวนมากในปัจจุบันมุ่งเน้นที่การค้นหาวิธีการเข้ารหัส บีบอัด และส่งข้อมูลที่ดีที่สุดด้วยสถานะควอนตัม แน่นอนว่าสถานะควอนตัมเป็นที่ทราบกันดีว่ามีความหนาแน่นสูง และนักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่าโหนดหนึ่งสามารถเทเลพอร์ตข้อมูลได้จำนวนมาก

แต่ประเภทของข้อมูลที่นักวิทยาศาสตร์กำลังพิจารณาส่งผ่านอินเทอร์เน็ตควอนตัมนั้นไม่ได้เกี่ยวข้องกับการเปิดกล่องจดหมายและเลื่อนดูอีเมลเลย และที่จริงแล้ว การแทนที่อินเทอร์เน็ตแบบดั้งเดิมไม่ใช่สิ่งที่เทคโนโลยีนี้ตั้งใจจะทำ 

นักวิจัยกลับหวังว่าอินเทอร์เน็ตควอนตัมจะวางตัวอยู่เคียงข้างอินเทอร์เน็ตแบบดั้งเดิม และจะถูกนำไปใช้ในการประยุกต์ใช้งานเฉพาะทางมากขึ้น อินเทอร์เน็ตควอนตัมจะทำงานที่สามารถทำได้เร็วกว่าบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมเมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม หรืองานที่ยากเกินกว่าจะทำได้แม้แต่บนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ดีที่สุดในปัจจุบัน

แล้วเรายังรออะไรอยู่ล่ะ?

นักวิทยาศาสตร์ทราบวิธีการสร้างการพันกันระหว่างคิวบิตแล้ว และพวกเขายังประสบความสำเร็จในการใช้ประโยชน์จากการพันกันสำหรับ QKD อีกด้วย 

จีนซึ่งเป็นนักลงทุนในเครือข่ายควอนตัมมายาวนาน ได้ทำลายสถิติการพันกันของอิเล็กตรอนที่เกิดจากดาวเทียม นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนเพิ่งค้นพบการพันกันของอิเล็กตรอนและบรรลุ QKD ในระยะทาง 745 ไมล์ ซึ่งทำลายสถิติเดิม

อย่างไรก็ตาม ขั้นตอนต่อไปคือการขยายขนาดโครงสร้างพื้นฐาน การทดลองทั้งหมดที่ผ่านมาเชื่อมต่อจุดสิ้นสุดเพียงสองจุดเท่านั้น บัดนี้การสื่อสารแบบจุดต่อจุดได้สำเร็จแล้ว นักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาเครือข่ายที่ผู้ส่งและผู้รับหลายรายสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกันผ่านอินเทอร์เน็ตควอนตัมในระดับโลกได้

โดยพื้นฐานแล้ว แนวคิดคือการค้นหาวิธีที่ดีที่สุดในการผลิตคิวบิตที่พันกันจำนวนมากตามความต้องการ ในระยะทางไกล และระหว่างจุดต่างๆ มากมายในเวลาเดียวกัน ซึ่งพูดได้ง่ายกว่าทำจริง ตัวอย่างเช่น การรักษาพันกันระหว่างอุปกรณ์ในจีนและอุปกรณ์ในสหรัฐฯ อาจต้องใช้โหนดตัวกลาง นอกเหนือไปจากโปรโตคอลการกำหนดเส้นทางแบบใหม่ 

และหลายประเทศกำลังเลือกใช้เทคโนโลยีที่แตกต่างกันในการสร้างเครือข่าย entanglement ในตอนแรก ขณะที่จีนกำลังเลือกใช้เทคโนโลยีดาวเทียม ใยแก้วนำแสงเป็นวิธีการที่กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ นิยมใช้ ซึ่งขณะนี้กำลังพยายามสร้างเครือข่ายรีพีตเตอร์ควอนตัมที่สามารถเพิ่มระยะห่างระหว่างคิวบิตที่ entanglement ได้ 

ในสหรัฐอเมริกา อนุภาคยังคงพันกันผ่านใยแก้วนำแสงบน "วงจรควอนตัม" ยาว 52 ไมล์ในเขตชานเมืองชิคาโก โดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ทวนสัญญาณควอนตัม เครือข่ายนี้จะเชื่อมต่อกับห้องปฏิบัติการแห่งหนึ่งของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ เพื่อสร้างฐานทดสอบควอนตัมระยะทาง 80 ไมล์ในเร็วๆ นี้ 

ในสหภาพยุโรป Quantum Internet Alliance ก่อตั้งขึ้นในปี 2018 เพื่อพัฒนากลยุทธ์สำหรับอินเทอร์เน็ตควอนตัม และได้สาธิตการพันกันเป็นระยะทางกว่า 31 ไมล์เมื่อปีที่แล้ว

สำหรับนักวิจัยควอนตัม เป้าหมายคือการขยายเครือข่ายไปสู่ระดับชาติก่อน และในอนาคตอาจถึงระดับนานาชาติ นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เห็นพ้องต้องกันว่าสิ่งนี้ไม่น่าจะเกิดขึ้นได้ภายในสองสามทศวรรษข้างหน้า อินเทอร์เน็ตควอนตัมเป็นโครงการระยะยาวอย่างไม่ต้องสงสัย โดยยังคงมีอุปสรรคทางเทคนิคมากมายที่ยังคงขัดขวางอยู่ แต่ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดซึ่งเทคโนโลยีนี้จะนำมาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ จะนำไปสู่การเดินทางทางวิทยาศาสตร์อันล้ำค่า พร้อมด้วยการประยุกต์ใช้ควอนตัมที่แปลกประหลาดมากมาย ซึ่งในขณะนี้ยังไม่สามารถคาดการณ์ได้

บทความที่เกี่ยวข้อง

ควอนตัมอินเทอร์เน็ต คืออะไร?

เครือข่ายรุ่นถัดไปที่ปลอดภัยซึ่งใช้กลศาสตร์ควอนตัม เช่น การพันกัน เพื่อส่งข้อมูลผ่านคิวบิต ถือเป็นการปฏิวัติการสื่อสาร

นักเขียนบทความ
by 
นักเขียนบทความ
ควอนตัมอินเทอร์เน็ต คืออะไร?

ควอนตัมอินเทอร์เน็ต คืออะไร?

เครือข่ายรุ่นถัดไปที่ปลอดภัยซึ่งใช้กลศาสตร์ควอนตัม เช่น การพันกัน เพื่อส่งข้อมูลผ่านคิวบิต ถือเป็นการปฏิวัติการสื่อสาร

คำนิยาม

อินเทอร์เน็ตควอนตัมคือเครือข่ายที่จะช่วยให้อุปกรณ์ควอนตัมสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลบางอย่างภายในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมกฎประหลาดๆ ของกลศาสตร์ควอนตัม ในทางทฤษฎี สิ่งนี้จะช่วยเพิ่มขีดความสามารถที่ไม่เคยมีมาก่อนของอินเทอร์เน็ตควอนตัม ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยแอปพลิเคชันบนเว็บในปัจจุบัน

ในโลกควอนตัม ข้อมูลสามารถถูกเข้ารหัสในสถานะคิวบิต ซึ่งสามารถสร้างได้ในอุปกรณ์ควอนตัม เช่น คอมพิวเตอร์ควอนตัมหรือโปรเซสเซอร์ควอนตัม และอินเทอร์เน็ตควอนตัม พูดง่ายๆ ก็คือ การส่งคิวบิตผ่านเครือข่ายของอุปกรณ์ควอนตัมหลายตัวที่แยกจากกันทางกายภาพ สิ่งสำคัญคือ ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นได้ด้วยคุณสมบัติที่แปลกประหลาดซึ่งมีเฉพาะในสถานะควอนตัม 

นั่นอาจฟังดูคล้ายกับอินเทอร์เน็ตทั่วไป แต่การส่งคิวบิตผ่านช่องควอนตัม แทนที่จะเป็นช่องควอนตัมแบบคลาสสิก หมายความว่าเราสามารถใช้ประโยชน์จากพฤติกรรมของอนุภาคในระดับที่เล็กที่สุดได้อย่างแท้จริง ซึ่งเรียกว่า "สถานะควอนตัม" ซึ่งสร้างทั้งความยินดีและความผิดหวังให้กับนักวิทยาศาสตร์มานานหลายทศวรรษ 

และกฎของฟิสิกส์ควอนตัม ซึ่งเป็นรากฐานของวิธีการส่งข้อมูลในอินเทอร์เน็ตควอนตัมนั้น เป็นสิ่งที่ไม่คุ้นเคยเลย แท้จริงแล้ว กฎเหล่านี้แปลกประหลาด ขัดกับสัญชาตญาณ และบางครั้งดูเหมือนเหนือธรรมชาติเสียด้วยซ้ำ 

เพื่อทำความเข้าใจว่าระบบนิเวศควอนตัมของอินเทอร์เน็ต 2.0 ทำงานอย่างไร คุณอาจอยากลืมทุกสิ่งที่เคยรู้เกี่ยวกับการประมวลผลแบบคลาสสิกไปได้เลย เพราะอินเทอร์เน็ตควอนตัมแทบจะไม่ทำให้คุณนึกถึงเว็บเบราว์เซอร์ตัวโปรดของคุณเลย

เราสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลประเภทใดกับควอนตัมได้บ้าง?

สรุปคือ ไม่ค่อยมีอะไรที่ผู้ใช้ส่วนใหญ่คุ้นเคยนัก ดังนั้น อย่างน้อยในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า คุณไม่ควรคาดหวังว่าวันหนึ่งจะสามารถเข้าร่วมการประชุมแบบควอนตัม Zoom ได้

หัวใจสำคัญของการสื่อสารด้วยควอนตัมคือความจริงที่ว่าคิวบิต ซึ่งควบคุมกฎพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม มีพฤติกรรมที่แตกต่างจากบิตแบบคลาสสิกมาก 

เนื่องจากบิตแบบคลาสสิกมีการเข้ารหัสข้อมูล บิตจึงสามารถมีสถานะได้เพียง 1 ใน 2 สถานะเท่านั้น เช่นเดียวกับสวิตช์ไฟที่ต้องเปิดหรือปิด และเช่นเดียวกับแมวที่ต้องตายหรือมีชีวิต บิตก็ ต้อง เป็น 0 หรือ 1 เช่นกัน

คิวบิตไม่ได้เป็นเช่นนั้น คิวบิตถูกซ้อนทับกัน พวกมันสามารถเป็น 0 และ  1 ได้พร้อมกัน ในสถานะควอนตัมพิเศษที่ไม่มีอยู่ในโลกคลาสสิก มันเหมือนกับว่าคุณสามารถอยู่ได้ทั้งฝั่งซ้ายและฝั่งขวาของโซฟาในเวลาเดียวกัน 

ความขัดแย้งคือ การวัดคิวบิตเพียงอย่างเดียวก็หมายความว่าคิวบิตนั้นถูกกำหนดสถานะ คิวบิตที่วัดได้จะลดสถานะจากสถานะคู่โดยอัตโนมัติ และถูกจัดระดับเป็น 0 หรือ 1 เช่นเดียวกับบิตแบบคลาสสิก 

ปรากฏการณ์ทั้งหมดนี้เรียกว่าการซ้อนทับ และเป็นแกนหลักของกลศาสตร์ควอนตัม 

ไม่น่าแปลกใจที่คิวบิตไม่สามารถใช้ส่งข้อมูลประเภทที่เราคุ้นเคย เช่น อีเมลและข้อความ WhatsApp ได้ แต่พฤติกรรมที่แปลกประหลาดของคิวบิตกำลังเปิดโอกาสมากมายในแอปพลิเคชันเฉพาะกลุ่มอื่นๆ

การสื่อสารแบบควอนตัม (ปลอดภัยยิ่งขึ้น)

แนวทางที่น่าตื่นเต้นที่สุดอย่างหนึ่งที่นักวิจัยซึ่งใช้คิวบิตกำลังสำรวจอยู่ก็คือความปลอดภัย 

เมื่อพูดถึงการสื่อสารแบบดั้งเดิม ข้อมูลส่วนใหญ่ได้รับการรักษาความปลอดภัยโดยการแจกจ่ายกุญแจร่วมให้กับผู้ส่งและผู้รับ จากนั้นจึงใช้กุญแจร่วมนี้เพื่อเข้ารหัสข้อความ ผู้รับจึงสามารถใช้กุญแจของตนเพื่อถอดรหัสข้อมูลที่ปลายทางได้

ความปลอดภัยของการสื่อสารแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ในปัจจุบันนั้นอาศัยอัลกอริทึมสำหรับการสร้างคีย์ที่แฮกเกอร์เจาะได้ยาก แต่ก็ไม่ใช่ว่าจะเจาะไม่ได้ นั่นเป็นเหตุผลที่นักวิจัยกำลังพิจารณาที่จะทำให้กระบวนการสื่อสารนี้กลายเป็น "ควอนตัม" แนวคิดนี้เป็นหัวใจสำคัญของสาขาความมั่นคงปลอดภัยทางไซเบอร์ที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ที่เรียกว่า การกระจายคีย์ควอนตัม (QKD)

QKD ทำงานโดยให้ฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งเข้ารหัสข้อมูลคลาสสิกด้วยการเข้ารหัสคีย์ลงในคิวบิต จากนั้นผู้ส่งจะส่งคิวบิตเหล่านั้นไปยังอีกฝ่ายหนึ่ง ซึ่งจะวัดค่าคิวบิตเพื่อให้ได้ค่าคีย์ 

การวัดทำให้สถานะของคิวบิตพังทลายลง แต่สิ่งสำคัญคือค่าที่อ่านได้ระหว่างกระบวนการวัด ในทางหนึ่งคิวบิตมีหน้าที่เพียงส่งค่าคีย์เท่านั้น

ที่สำคัญกว่านั้น QKD หมายความว่าสามารถตรวจสอบได้ง่ายว่ามีบุคคลที่สามแอบฟังคิวบิตระหว่างการส่งข้อมูลหรือไม่ เนื่องจากผู้บุกรุกอาจทำให้คีย์พังลงได้เพียงแค่ดูเท่านั้น

หากแฮกเกอร์ตรวจสอบคิวบิต ณ จุดใดจุดหนึ่งขณะที่กำลังส่งข้อมูล สถานะของคิวบิตจะเปลี่ยนโดยอัตโนมัติ สายลับย่อมทิ้งร่องรอยการดักฟังไว้ ซึ่งเป็นเหตุผลที่นักเข้ารหัสยืนยันว่า QKD นั้น "พิสูจน์ได้" ว่าปลอดภัย

แล้วทำไมต้องเป็นอินเทอร์เน็ตควอนตัม?

เทคโนโลยี QKD ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น วิธีการ "ปกติ" ในการสร้าง QKD ในปัจจุบันประกอบด้วยการส่งคิวบิตแบบทิศทางเดียวไปยังตัวรับ ผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสง แต่วิธีการดังกล่าวจำกัดประสิทธิภาพของโปรโตคอลอย่างมาก 

คิวบิตอาจสูญหายหรือกระจัดกระจายได้ง่ายในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ซึ่งหมายความว่าสัญญาณควอนตัมมีแนวโน้มผิดพลาดได้ง่ายและเดินทางได้ระยะทางไกลได้ยาก อันที่จริง การทดลองในปัจจุบันจำกัดอยู่แค่ระยะทางหลายร้อยกิโลเมตรเท่านั้น 

มีวิธีแก้ปัญหาอีกวิธีหนึ่ง ซึ่งเป็นวิธีที่รองรับอินเทอร์เน็ตควอนตัม นั่นก็คือการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติอีกประการหนึ่งของควอนตัมที่เรียกว่า การพันกัน เพื่อสื่อสารระหว่างสองอุปกรณ์

เมื่อคิวบิตสองตัวมีปฏิสัมพันธ์กันและพันกัน พวกมันจะมีคุณสมบัติเฉพาะที่ขึ้นอยู่กับกันและกัน แม้ว่าคิวบิตจะอยู่ในสถานะพันกัน การเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่เกิดขึ้นกับอนุภาคหนึ่งในคู่จะส่งผลต่ออีกอนุภาคหนึ่งด้วย แม้ว่าจะแยกจากกันทางกายภาพก็ตาม

 

ดังนั้น สถานะของคิวบิตแรกจึงสามารถ "อ่าน" ได้โดยการดูพฤติกรรมของคู่ที่พันกันของมัน ถูกต้องแล้ว แม้แต่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ยังเรียกสิ่งนี้ว่า "การกระทำอันน่าขนลุกในระยะไกล"

และในบริบทของการสื่อสารแบบควอนตัม การพันกันอาจส่งผลให้สามารถเทเลพอร์ตข้อมูลบางส่วนจากคิวบิตหนึ่งไปยังอีกครึ่งหนึ่งที่พันกัน โดยไม่จำเป็นต้องมีช่องทางทางกายภาพเพื่อเชื่อมโยงทั้งสองเข้าด้วยกันในระหว่างการส่งข้อมูล

การพันกันทำงานอย่างไร?

แนวคิดเรื่องการเทเลพอร์ตนั้น ตามนิยามแล้วหมายถึงการขาดเครือข่ายทางกายภาพที่เชื่อมโยงระหว่างอุปกรณ์สื่อสารต่างๆ แต่อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องสร้างการพันกันก่อน แล้วจึงค่อยรักษาไว้ 

ในการดำเนินการ QKD โดยใช้ entanglement จำเป็นต้องสร้างโครงสร้างพื้นฐานที่เหมาะสมเพื่อสร้างคู่คิวบิต entanglement ก่อน จากนั้นจึงกระจายไปยังผู้ส่งและผู้รับ วิธีนี้จะสร้างช่องทาง "การเคลื่อนย้าย" ที่สามารถแลกเปลี่ยนคีย์การเข้ารหัสได้

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อสร้างคิวบิตที่พันกัน (entangled qubits) เสร็จแล้ว คุณต้องส่งคู่หนึ่งครึ่งหนึ่งไปยังผู้รับกุญแจ คิวบิตที่พันกันสามารถเดินทางผ่านเครือข่ายใยแก้วนำแสงได้ แต่เครือข่ายเหล่านั้นจะไม่สามารถรักษาการพันกันไว้ได้หลังจากระยะทางประมาณ 60 ไมล์ 

คิวบิตสามารถถูกพันกันในระยะทางไกลได้โดยใช้ดาวเทียม แต่การครอบคลุมโลกด้วยอุปกรณ์ควอนตัมจากอวกาศนั้นมีราคาแพง 

ดังนั้น การสร้าง "เครือข่ายเทเลพอร์ต" ขนาดใหญ่ที่สามารถเชื่อมโยงคิวบิตทั่วโลกได้อย่างมีประสิทธิภาพจึงยังคงมีความท้าทายทางวิศวกรรมมหาศาล เมื่อเครือข่ายเอนแทงเกิลเมนต์พร้อมใช้งาน เวทมนตร์ก็จะเริ่มต้นขึ้น นั่นคือ คิวบิตที่เชื่อมโยงกันจะไม่จำเป็นต้องวิ่งผ่านโครงสร้างพื้นฐานทางกายภาพใดๆ อีกต่อไปเพื่อส่งสาร 

ดังนั้น ในระหว่างการส่งข้อมูล คีย์ควอนตัมจึงแทบจะมองไม่เห็นโดยบุคคลที่สาม ไม่สามารถดักจับได้ และ "เทเลพอร์ต" จากจุดปลายทางหนึ่งไปยังอีกจุดปลายทางหนึ่งได้อย่างน่าเชื่อถือ แนวคิดนี้จะสอดคล้องกับอุตสาหกรรมที่ต้องจัดการกับข้อมูลสำคัญ เช่น ธนาคาร บริการสุขภาพ หรือการสื่อสารบนเครื่องบิน และมีแนวโน้มว่ารัฐบาลที่ปกปิดข้อมูลลับสุดยอดจะเป็นผู้บุกเบิกการนำเทคโนโลยีนี้มาใช้

เราจะทำอะไรได้อีกกับอินเทอร์เน็ตควอนตัม?

คุณอาจจะถามว่า 'ทำไมต้องมายุ่งกับเรื่องพันกันด้วยล่ะ' เพราะนักวิจัยสามารถหาวิธีปรับปรุงรูปแบบ "ปกติ" ของ QKD ได้ง่ายๆ ยกตัวอย่างเช่น ตัวทวนสัญญาณควอนตัม อาจช่วยเพิ่มระยะการสื่อสารในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้อย่างมาก โดยไม่ต้องไปไกลถึงขั้นพันกันกับคิวบิต

ทั้งนี้ยังไม่รวมศักยภาพมหาศาลที่ entanglement อาจมีต่อการประยุกต์ใช้งานอื่นๆ QKD เป็นตัวอย่างที่ถูกพูดถึงบ่อยที่สุดเกี่ยวกับสิ่งที่อินเทอร์เน็ตควอนตัมสามารถบรรลุได้ เนื่องจากเป็นการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีที่เข้าถึงได้ง่ายที่สุด อย่างไรก็ตาม ความปลอดภัยยังห่างไกลจากสาขาเดียวที่สร้างความตื่นตาตื่นใจให้กับนักวิจัย 

เครือข่ายพันกันที่ใช้สำหรับ QKD ยังสามารถใช้เพื่อให้วิธีการที่เชื่อถือได้ในการสร้างคลัสเตอร์ควอนตัมที่ประกอบด้วยคิวบิตพันกันที่ตั้งอยู่ในอุปกรณ์ควอนตัมที่แตกต่างกัน

นักวิจัยไม่จำเป็นต้องใช้ฮาร์ดแวร์ควอนตัมที่ทรงพลังเป็นพิเศษเพื่อเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตควอนตัม อันที่จริง แม้แต่โปรเซสเซอร์คิวบิตเดียวก็สามารถทำได้ แต่ด้วยการเชื่อมโยงอุปกรณ์ควอนตัมซึ่งในปัจจุบันมีขีดความสามารถจำกัดเข้าด้วยกัน นักวิทยาศาสตร์คาดว่าพวกเขาสามารถสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เหนือกว่าอุปกรณ์อื่นๆ ทั้งหมดได้

การเชื่อมต่ออุปกรณ์ควอนตัมขนาดเล็กจำนวนมากเข้าด้วยกัน ทำให้อินเทอร์เน็ตควอนตัมสามารถเริ่มแก้ปัญหาที่ปัจจุบันยังไม่สามารถทำได้ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพียงเครื่องเดียว ซึ่งรวมถึงการเร่งการแลกเปลี่ยนข้อมูลจำนวนมหาศาล และการดำเนินการทดลองการตรวจจับขนาดใหญ่ในด้านดาราศาสตร์ การค้นพบวัสดุ และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ

ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงเชื่อมั่นว่าเราสามารถได้รับประโยชน์จากอินเทอร์เน็ตควอนตัมได้ก่อนที่ยักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยีอย่าง Google และ IBM จะบรรลุถึงอำนาจสูงสุดของควอนตัม ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมเพียงเครื่องเดียวจะสามารถแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมไม่สามารถแก้ไขได้

ในปัจจุบันคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ล้ำหน้าที่สุดของ Google และ IBM ประกอบด้วยคิวบิตประมาณ 50 คิวบิต ซึ่งหากใช้เพียงอย่างเดียวก็น้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับความจำเป็นในการคำนวณมหาศาลที่จำเป็นต่อการแก้ปัญหาที่การวิจัยควอนตัมหวังจะแก้ไขได้ 

ในทางกลับกัน การเชื่อมโยงอุปกรณ์ดังกล่าวเข้าด้วยกันผ่านควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์อาจส่งผลให้เกิดคลัสเตอร์ที่มีขนาดหลายพันคิวบิต สำหรับนักวิทยาศาสตร์หลายคน การสร้างความแข็งแกร่งในการประมวลผลดังกล่าวคือเป้าหมายสูงสุดของโครงการอินเทอร์เน็ตควอนตัม

เราไม่สามารถทำอะไรได้บ้างกับอินเทอร์เน็ตควอนตัม?

ในอนาคตอันใกล้นี้ อินเทอร์เน็ตควอนตัมจะไม่สามารถใช้แลกเปลี่ยนข้อมูลในลักษณะที่เราทำบนแล็ปท็อปในปัจจุบันได้

การจินตนาการถึงอินเทอร์เน็ตควอนตัมกระแสหลักที่แพร่หลายทั่วไปนั้น จำเป็นต้องคาดการณ์ถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอีกไม่กี่ทศวรรษ (หรือมากกว่านั้น) แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะฝันถึงอนาคตของอินเทอร์เน็ตควอนตัมมากเพียงใด ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะเปรียบเทียบโครงการในปัจจุบันกับวิธีที่เราท่องเว็บทุกวัน

งานวิจัยด้านการสื่อสารควอนตัมจำนวนมากในปัจจุบันมุ่งเน้นที่การค้นหาวิธีการเข้ารหัส บีบอัด และส่งข้อมูลที่ดีที่สุดด้วยสถานะควอนตัม แน่นอนว่าสถานะควอนตัมเป็นที่ทราบกันดีว่ามีความหนาแน่นสูง และนักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่าโหนดหนึ่งสามารถเทเลพอร์ตข้อมูลได้จำนวนมาก

แต่ประเภทของข้อมูลที่นักวิทยาศาสตร์กำลังพิจารณาส่งผ่านอินเทอร์เน็ตควอนตัมนั้นไม่ได้เกี่ยวข้องกับการเปิดกล่องจดหมายและเลื่อนดูอีเมลเลย และที่จริงแล้ว การแทนที่อินเทอร์เน็ตแบบดั้งเดิมไม่ใช่สิ่งที่เทคโนโลยีนี้ตั้งใจจะทำ 

นักวิจัยกลับหวังว่าอินเทอร์เน็ตควอนตัมจะวางตัวอยู่เคียงข้างอินเทอร์เน็ตแบบดั้งเดิม และจะถูกนำไปใช้ในการประยุกต์ใช้งานเฉพาะทางมากขึ้น อินเทอร์เน็ตควอนตัมจะทำงานที่สามารถทำได้เร็วกว่าบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมเมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม หรืองานที่ยากเกินกว่าจะทำได้แม้แต่บนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ดีที่สุดในปัจจุบัน

แล้วเรายังรออะไรอยู่ล่ะ?

นักวิทยาศาสตร์ทราบวิธีการสร้างการพันกันระหว่างคิวบิตแล้ว และพวกเขายังประสบความสำเร็จในการใช้ประโยชน์จากการพันกันสำหรับ QKD อีกด้วย 

จีนซึ่งเป็นนักลงทุนในเครือข่ายควอนตัมมายาวนาน ได้ทำลายสถิติการพันกันของอิเล็กตรอนที่เกิดจากดาวเทียม นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนเพิ่งค้นพบการพันกันของอิเล็กตรอนและบรรลุ QKD ในระยะทาง 745 ไมล์ ซึ่งทำลายสถิติเดิม

อย่างไรก็ตาม ขั้นตอนต่อไปคือการขยายขนาดโครงสร้างพื้นฐาน การทดลองทั้งหมดที่ผ่านมาเชื่อมต่อจุดสิ้นสุดเพียงสองจุดเท่านั้น บัดนี้การสื่อสารแบบจุดต่อจุดได้สำเร็จแล้ว นักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาเครือข่ายที่ผู้ส่งและผู้รับหลายรายสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกันผ่านอินเทอร์เน็ตควอนตัมในระดับโลกได้

โดยพื้นฐานแล้ว แนวคิดคือการค้นหาวิธีที่ดีที่สุดในการผลิตคิวบิตที่พันกันจำนวนมากตามความต้องการ ในระยะทางไกล และระหว่างจุดต่างๆ มากมายในเวลาเดียวกัน ซึ่งพูดได้ง่ายกว่าทำจริง ตัวอย่างเช่น การรักษาพันกันระหว่างอุปกรณ์ในจีนและอุปกรณ์ในสหรัฐฯ อาจต้องใช้โหนดตัวกลาง นอกเหนือไปจากโปรโตคอลการกำหนดเส้นทางแบบใหม่ 

และหลายประเทศกำลังเลือกใช้เทคโนโลยีที่แตกต่างกันในการสร้างเครือข่าย entanglement ในตอนแรก ขณะที่จีนกำลังเลือกใช้เทคโนโลยีดาวเทียม ใยแก้วนำแสงเป็นวิธีการที่กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ นิยมใช้ ซึ่งขณะนี้กำลังพยายามสร้างเครือข่ายรีพีตเตอร์ควอนตัมที่สามารถเพิ่มระยะห่างระหว่างคิวบิตที่ entanglement ได้ 

ในสหรัฐอเมริกา อนุภาคยังคงพันกันผ่านใยแก้วนำแสงบน "วงจรควอนตัม" ยาว 52 ไมล์ในเขตชานเมืองชิคาโก โดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ทวนสัญญาณควอนตัม เครือข่ายนี้จะเชื่อมต่อกับห้องปฏิบัติการแห่งหนึ่งของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ เพื่อสร้างฐานทดสอบควอนตัมระยะทาง 80 ไมล์ในเร็วๆ นี้ 

ในสหภาพยุโรป Quantum Internet Alliance ก่อตั้งขึ้นในปี 2018 เพื่อพัฒนากลยุทธ์สำหรับอินเทอร์เน็ตควอนตัม และได้สาธิตการพันกันเป็นระยะทางกว่า 31 ไมล์เมื่อปีที่แล้ว

สำหรับนักวิจัยควอนตัม เป้าหมายคือการขยายเครือข่ายไปสู่ระดับชาติก่อน และในอนาคตอาจถึงระดับนานาชาติ นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เห็นพ้องต้องกันว่าสิ่งนี้ไม่น่าจะเกิดขึ้นได้ภายในสองสามทศวรรษข้างหน้า อินเทอร์เน็ตควอนตัมเป็นโครงการระยะยาวอย่างไม่ต้องสงสัย โดยยังคงมีอุปสรรคทางเทคนิคมากมายที่ยังคงขัดขวางอยู่ แต่ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดซึ่งเทคโนโลยีนี้จะนำมาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ จะนำไปสู่การเดินทางทางวิทยาศาสตร์อันล้ำค่า พร้อมด้วยการประยุกต์ใช้ควอนตัมที่แปลกประหลาดมากมาย ซึ่งในขณะนี้ยังไม่สามารถคาดการณ์ได้

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Suspendisse varius enim in eros elementum tristique. Duis cursus, mi quis viverra ornare, eros dolor interdum nulla, ut commodo diam libero vitae erat. Aenean faucibus nibh et justo cursus id rutrum lorem imperdiet. Nunc ut sem vitae risus tristique posuere.

ควอนตัมอินเทอร์เน็ต คืออะไร?

ควอนตัมอินเทอร์เน็ต คืออะไร?

เครือข่ายรุ่นถัดไปที่ปลอดภัยซึ่งใช้กลศาสตร์ควอนตัม เช่น การพันกัน เพื่อส่งข้อมูลผ่านคิวบิต ถือเป็นการปฏิวัติการสื่อสาร

Lorem ipsum dolor amet consectetur adipiscing elit tortor massa arcu non.

คำนิยาม

อินเทอร์เน็ตควอนตัมคือเครือข่ายที่จะช่วยให้อุปกรณ์ควอนตัมสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลบางอย่างภายในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมกฎประหลาดๆ ของกลศาสตร์ควอนตัม ในทางทฤษฎี สิ่งนี้จะช่วยเพิ่มขีดความสามารถที่ไม่เคยมีมาก่อนของอินเทอร์เน็ตควอนตัม ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยแอปพลิเคชันบนเว็บในปัจจุบัน

ในโลกควอนตัม ข้อมูลสามารถถูกเข้ารหัสในสถานะคิวบิต ซึ่งสามารถสร้างได้ในอุปกรณ์ควอนตัม เช่น คอมพิวเตอร์ควอนตัมหรือโปรเซสเซอร์ควอนตัม และอินเทอร์เน็ตควอนตัม พูดง่ายๆ ก็คือ การส่งคิวบิตผ่านเครือข่ายของอุปกรณ์ควอนตัมหลายตัวที่แยกจากกันทางกายภาพ สิ่งสำคัญคือ ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นได้ด้วยคุณสมบัติที่แปลกประหลาดซึ่งมีเฉพาะในสถานะควอนตัม 

นั่นอาจฟังดูคล้ายกับอินเทอร์เน็ตทั่วไป แต่การส่งคิวบิตผ่านช่องควอนตัม แทนที่จะเป็นช่องควอนตัมแบบคลาสสิก หมายความว่าเราสามารถใช้ประโยชน์จากพฤติกรรมของอนุภาคในระดับที่เล็กที่สุดได้อย่างแท้จริง ซึ่งเรียกว่า "สถานะควอนตัม" ซึ่งสร้างทั้งความยินดีและความผิดหวังให้กับนักวิทยาศาสตร์มานานหลายทศวรรษ 

และกฎของฟิสิกส์ควอนตัม ซึ่งเป็นรากฐานของวิธีการส่งข้อมูลในอินเทอร์เน็ตควอนตัมนั้น เป็นสิ่งที่ไม่คุ้นเคยเลย แท้จริงแล้ว กฎเหล่านี้แปลกประหลาด ขัดกับสัญชาตญาณ และบางครั้งดูเหมือนเหนือธรรมชาติเสียด้วยซ้ำ 

เพื่อทำความเข้าใจว่าระบบนิเวศควอนตัมของอินเทอร์เน็ต 2.0 ทำงานอย่างไร คุณอาจอยากลืมทุกสิ่งที่เคยรู้เกี่ยวกับการประมวลผลแบบคลาสสิกไปได้เลย เพราะอินเทอร์เน็ตควอนตัมแทบจะไม่ทำให้คุณนึกถึงเว็บเบราว์เซอร์ตัวโปรดของคุณเลย

เราสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลประเภทใดกับควอนตัมได้บ้าง?

สรุปคือ ไม่ค่อยมีอะไรที่ผู้ใช้ส่วนใหญ่คุ้นเคยนัก ดังนั้น อย่างน้อยในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า คุณไม่ควรคาดหวังว่าวันหนึ่งจะสามารถเข้าร่วมการประชุมแบบควอนตัม Zoom ได้

หัวใจสำคัญของการสื่อสารด้วยควอนตัมคือความจริงที่ว่าคิวบิต ซึ่งควบคุมกฎพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม มีพฤติกรรมที่แตกต่างจากบิตแบบคลาสสิกมาก 

เนื่องจากบิตแบบคลาสสิกมีการเข้ารหัสข้อมูล บิตจึงสามารถมีสถานะได้เพียง 1 ใน 2 สถานะเท่านั้น เช่นเดียวกับสวิตช์ไฟที่ต้องเปิดหรือปิด และเช่นเดียวกับแมวที่ต้องตายหรือมีชีวิต บิตก็ ต้อง เป็น 0 หรือ 1 เช่นกัน

คิวบิตไม่ได้เป็นเช่นนั้น คิวบิตถูกซ้อนทับกัน พวกมันสามารถเป็น 0 และ  1 ได้พร้อมกัน ในสถานะควอนตัมพิเศษที่ไม่มีอยู่ในโลกคลาสสิก มันเหมือนกับว่าคุณสามารถอยู่ได้ทั้งฝั่งซ้ายและฝั่งขวาของโซฟาในเวลาเดียวกัน 

ความขัดแย้งคือ การวัดคิวบิตเพียงอย่างเดียวก็หมายความว่าคิวบิตนั้นถูกกำหนดสถานะ คิวบิตที่วัดได้จะลดสถานะจากสถานะคู่โดยอัตโนมัติ และถูกจัดระดับเป็น 0 หรือ 1 เช่นเดียวกับบิตแบบคลาสสิก 

ปรากฏการณ์ทั้งหมดนี้เรียกว่าการซ้อนทับ และเป็นแกนหลักของกลศาสตร์ควอนตัม 

ไม่น่าแปลกใจที่คิวบิตไม่สามารถใช้ส่งข้อมูลประเภทที่เราคุ้นเคย เช่น อีเมลและข้อความ WhatsApp ได้ แต่พฤติกรรมที่แปลกประหลาดของคิวบิตกำลังเปิดโอกาสมากมายในแอปพลิเคชันเฉพาะกลุ่มอื่นๆ

การสื่อสารแบบควอนตัม (ปลอดภัยยิ่งขึ้น)

แนวทางที่น่าตื่นเต้นที่สุดอย่างหนึ่งที่นักวิจัยซึ่งใช้คิวบิตกำลังสำรวจอยู่ก็คือความปลอดภัย 

เมื่อพูดถึงการสื่อสารแบบดั้งเดิม ข้อมูลส่วนใหญ่ได้รับการรักษาความปลอดภัยโดยการแจกจ่ายกุญแจร่วมให้กับผู้ส่งและผู้รับ จากนั้นจึงใช้กุญแจร่วมนี้เพื่อเข้ารหัสข้อความ ผู้รับจึงสามารถใช้กุญแจของตนเพื่อถอดรหัสข้อมูลที่ปลายทางได้

ความปลอดภัยของการสื่อสารแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ในปัจจุบันนั้นอาศัยอัลกอริทึมสำหรับการสร้างคีย์ที่แฮกเกอร์เจาะได้ยาก แต่ก็ไม่ใช่ว่าจะเจาะไม่ได้ นั่นเป็นเหตุผลที่นักวิจัยกำลังพิจารณาที่จะทำให้กระบวนการสื่อสารนี้กลายเป็น "ควอนตัม" แนวคิดนี้เป็นหัวใจสำคัญของสาขาความมั่นคงปลอดภัยทางไซเบอร์ที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ที่เรียกว่า การกระจายคีย์ควอนตัม (QKD)

QKD ทำงานโดยให้ฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งเข้ารหัสข้อมูลคลาสสิกด้วยการเข้ารหัสคีย์ลงในคิวบิต จากนั้นผู้ส่งจะส่งคิวบิตเหล่านั้นไปยังอีกฝ่ายหนึ่ง ซึ่งจะวัดค่าคิวบิตเพื่อให้ได้ค่าคีย์ 

การวัดทำให้สถานะของคิวบิตพังทลายลง แต่สิ่งสำคัญคือค่าที่อ่านได้ระหว่างกระบวนการวัด ในทางหนึ่งคิวบิตมีหน้าที่เพียงส่งค่าคีย์เท่านั้น

ที่สำคัญกว่านั้น QKD หมายความว่าสามารถตรวจสอบได้ง่ายว่ามีบุคคลที่สามแอบฟังคิวบิตระหว่างการส่งข้อมูลหรือไม่ เนื่องจากผู้บุกรุกอาจทำให้คีย์พังลงได้เพียงแค่ดูเท่านั้น

หากแฮกเกอร์ตรวจสอบคิวบิต ณ จุดใดจุดหนึ่งขณะที่กำลังส่งข้อมูล สถานะของคิวบิตจะเปลี่ยนโดยอัตโนมัติ สายลับย่อมทิ้งร่องรอยการดักฟังไว้ ซึ่งเป็นเหตุผลที่นักเข้ารหัสยืนยันว่า QKD นั้น "พิสูจน์ได้" ว่าปลอดภัย

แล้วทำไมต้องเป็นอินเทอร์เน็ตควอนตัม?

เทคโนโลยี QKD ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น วิธีการ "ปกติ" ในการสร้าง QKD ในปัจจุบันประกอบด้วยการส่งคิวบิตแบบทิศทางเดียวไปยังตัวรับ ผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสง แต่วิธีการดังกล่าวจำกัดประสิทธิภาพของโปรโตคอลอย่างมาก 

คิวบิตอาจสูญหายหรือกระจัดกระจายได้ง่ายในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ซึ่งหมายความว่าสัญญาณควอนตัมมีแนวโน้มผิดพลาดได้ง่ายและเดินทางได้ระยะทางไกลได้ยาก อันที่จริง การทดลองในปัจจุบันจำกัดอยู่แค่ระยะทางหลายร้อยกิโลเมตรเท่านั้น 

มีวิธีแก้ปัญหาอีกวิธีหนึ่ง ซึ่งเป็นวิธีที่รองรับอินเทอร์เน็ตควอนตัม นั่นก็คือการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติอีกประการหนึ่งของควอนตัมที่เรียกว่า การพันกัน เพื่อสื่อสารระหว่างสองอุปกรณ์

เมื่อคิวบิตสองตัวมีปฏิสัมพันธ์กันและพันกัน พวกมันจะมีคุณสมบัติเฉพาะที่ขึ้นอยู่กับกันและกัน แม้ว่าคิวบิตจะอยู่ในสถานะพันกัน การเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่เกิดขึ้นกับอนุภาคหนึ่งในคู่จะส่งผลต่ออีกอนุภาคหนึ่งด้วย แม้ว่าจะแยกจากกันทางกายภาพก็ตาม

 

ดังนั้น สถานะของคิวบิตแรกจึงสามารถ "อ่าน" ได้โดยการดูพฤติกรรมของคู่ที่พันกันของมัน ถูกต้องแล้ว แม้แต่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ยังเรียกสิ่งนี้ว่า "การกระทำอันน่าขนลุกในระยะไกล"

และในบริบทของการสื่อสารแบบควอนตัม การพันกันอาจส่งผลให้สามารถเทเลพอร์ตข้อมูลบางส่วนจากคิวบิตหนึ่งไปยังอีกครึ่งหนึ่งที่พันกัน โดยไม่จำเป็นต้องมีช่องทางทางกายภาพเพื่อเชื่อมโยงทั้งสองเข้าด้วยกันในระหว่างการส่งข้อมูล

การพันกันทำงานอย่างไร?

แนวคิดเรื่องการเทเลพอร์ตนั้น ตามนิยามแล้วหมายถึงการขาดเครือข่ายทางกายภาพที่เชื่อมโยงระหว่างอุปกรณ์สื่อสารต่างๆ แต่อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องสร้างการพันกันก่อน แล้วจึงค่อยรักษาไว้ 

ในการดำเนินการ QKD โดยใช้ entanglement จำเป็นต้องสร้างโครงสร้างพื้นฐานที่เหมาะสมเพื่อสร้างคู่คิวบิต entanglement ก่อน จากนั้นจึงกระจายไปยังผู้ส่งและผู้รับ วิธีนี้จะสร้างช่องทาง "การเคลื่อนย้าย" ที่สามารถแลกเปลี่ยนคีย์การเข้ารหัสได้

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อสร้างคิวบิตที่พันกัน (entangled qubits) เสร็จแล้ว คุณต้องส่งคู่หนึ่งครึ่งหนึ่งไปยังผู้รับกุญแจ คิวบิตที่พันกันสามารถเดินทางผ่านเครือข่ายใยแก้วนำแสงได้ แต่เครือข่ายเหล่านั้นจะไม่สามารถรักษาการพันกันไว้ได้หลังจากระยะทางประมาณ 60 ไมล์ 

คิวบิตสามารถถูกพันกันในระยะทางไกลได้โดยใช้ดาวเทียม แต่การครอบคลุมโลกด้วยอุปกรณ์ควอนตัมจากอวกาศนั้นมีราคาแพง 

ดังนั้น การสร้าง "เครือข่ายเทเลพอร์ต" ขนาดใหญ่ที่สามารถเชื่อมโยงคิวบิตทั่วโลกได้อย่างมีประสิทธิภาพจึงยังคงมีความท้าทายทางวิศวกรรมมหาศาล เมื่อเครือข่ายเอนแทงเกิลเมนต์พร้อมใช้งาน เวทมนตร์ก็จะเริ่มต้นขึ้น นั่นคือ คิวบิตที่เชื่อมโยงกันจะไม่จำเป็นต้องวิ่งผ่านโครงสร้างพื้นฐานทางกายภาพใดๆ อีกต่อไปเพื่อส่งสาร 

ดังนั้น ในระหว่างการส่งข้อมูล คีย์ควอนตัมจึงแทบจะมองไม่เห็นโดยบุคคลที่สาม ไม่สามารถดักจับได้ และ "เทเลพอร์ต" จากจุดปลายทางหนึ่งไปยังอีกจุดปลายทางหนึ่งได้อย่างน่าเชื่อถือ แนวคิดนี้จะสอดคล้องกับอุตสาหกรรมที่ต้องจัดการกับข้อมูลสำคัญ เช่น ธนาคาร บริการสุขภาพ หรือการสื่อสารบนเครื่องบิน และมีแนวโน้มว่ารัฐบาลที่ปกปิดข้อมูลลับสุดยอดจะเป็นผู้บุกเบิกการนำเทคโนโลยีนี้มาใช้

เราจะทำอะไรได้อีกกับอินเทอร์เน็ตควอนตัม?

คุณอาจจะถามว่า 'ทำไมต้องมายุ่งกับเรื่องพันกันด้วยล่ะ' เพราะนักวิจัยสามารถหาวิธีปรับปรุงรูปแบบ "ปกติ" ของ QKD ได้ง่ายๆ ยกตัวอย่างเช่น ตัวทวนสัญญาณควอนตัม อาจช่วยเพิ่มระยะการสื่อสารในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้อย่างมาก โดยไม่ต้องไปไกลถึงขั้นพันกันกับคิวบิต

ทั้งนี้ยังไม่รวมศักยภาพมหาศาลที่ entanglement อาจมีต่อการประยุกต์ใช้งานอื่นๆ QKD เป็นตัวอย่างที่ถูกพูดถึงบ่อยที่สุดเกี่ยวกับสิ่งที่อินเทอร์เน็ตควอนตัมสามารถบรรลุได้ เนื่องจากเป็นการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีที่เข้าถึงได้ง่ายที่สุด อย่างไรก็ตาม ความปลอดภัยยังห่างไกลจากสาขาเดียวที่สร้างความตื่นตาตื่นใจให้กับนักวิจัย 

เครือข่ายพันกันที่ใช้สำหรับ QKD ยังสามารถใช้เพื่อให้วิธีการที่เชื่อถือได้ในการสร้างคลัสเตอร์ควอนตัมที่ประกอบด้วยคิวบิตพันกันที่ตั้งอยู่ในอุปกรณ์ควอนตัมที่แตกต่างกัน

นักวิจัยไม่จำเป็นต้องใช้ฮาร์ดแวร์ควอนตัมที่ทรงพลังเป็นพิเศษเพื่อเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตควอนตัม อันที่จริง แม้แต่โปรเซสเซอร์คิวบิตเดียวก็สามารถทำได้ แต่ด้วยการเชื่อมโยงอุปกรณ์ควอนตัมซึ่งในปัจจุบันมีขีดความสามารถจำกัดเข้าด้วยกัน นักวิทยาศาสตร์คาดว่าพวกเขาสามารถสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เหนือกว่าอุปกรณ์อื่นๆ ทั้งหมดได้

การเชื่อมต่ออุปกรณ์ควอนตัมขนาดเล็กจำนวนมากเข้าด้วยกัน ทำให้อินเทอร์เน็ตควอนตัมสามารถเริ่มแก้ปัญหาที่ปัจจุบันยังไม่สามารถทำได้ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพียงเครื่องเดียว ซึ่งรวมถึงการเร่งการแลกเปลี่ยนข้อมูลจำนวนมหาศาล และการดำเนินการทดลองการตรวจจับขนาดใหญ่ในด้านดาราศาสตร์ การค้นพบวัสดุ และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ

ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงเชื่อมั่นว่าเราสามารถได้รับประโยชน์จากอินเทอร์เน็ตควอนตัมได้ก่อนที่ยักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยีอย่าง Google และ IBM จะบรรลุถึงอำนาจสูงสุดของควอนตัม ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมเพียงเครื่องเดียวจะสามารถแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมไม่สามารถแก้ไขได้

ในปัจจุบันคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ล้ำหน้าที่สุดของ Google และ IBM ประกอบด้วยคิวบิตประมาณ 50 คิวบิต ซึ่งหากใช้เพียงอย่างเดียวก็น้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับความจำเป็นในการคำนวณมหาศาลที่จำเป็นต่อการแก้ปัญหาที่การวิจัยควอนตัมหวังจะแก้ไขได้ 

ในทางกลับกัน การเชื่อมโยงอุปกรณ์ดังกล่าวเข้าด้วยกันผ่านควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์อาจส่งผลให้เกิดคลัสเตอร์ที่มีขนาดหลายพันคิวบิต สำหรับนักวิทยาศาสตร์หลายคน การสร้างความแข็งแกร่งในการประมวลผลดังกล่าวคือเป้าหมายสูงสุดของโครงการอินเทอร์เน็ตควอนตัม

เราไม่สามารถทำอะไรได้บ้างกับอินเทอร์เน็ตควอนตัม?

ในอนาคตอันใกล้นี้ อินเทอร์เน็ตควอนตัมจะไม่สามารถใช้แลกเปลี่ยนข้อมูลในลักษณะที่เราทำบนแล็ปท็อปในปัจจุบันได้

การจินตนาการถึงอินเทอร์เน็ตควอนตัมกระแสหลักที่แพร่หลายทั่วไปนั้น จำเป็นต้องคาดการณ์ถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอีกไม่กี่ทศวรรษ (หรือมากกว่านั้น) แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะฝันถึงอนาคตของอินเทอร์เน็ตควอนตัมมากเพียงใด ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะเปรียบเทียบโครงการในปัจจุบันกับวิธีที่เราท่องเว็บทุกวัน

งานวิจัยด้านการสื่อสารควอนตัมจำนวนมากในปัจจุบันมุ่งเน้นที่การค้นหาวิธีการเข้ารหัส บีบอัด และส่งข้อมูลที่ดีที่สุดด้วยสถานะควอนตัม แน่นอนว่าสถานะควอนตัมเป็นที่ทราบกันดีว่ามีความหนาแน่นสูง และนักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่าโหนดหนึ่งสามารถเทเลพอร์ตข้อมูลได้จำนวนมาก

แต่ประเภทของข้อมูลที่นักวิทยาศาสตร์กำลังพิจารณาส่งผ่านอินเทอร์เน็ตควอนตัมนั้นไม่ได้เกี่ยวข้องกับการเปิดกล่องจดหมายและเลื่อนดูอีเมลเลย และที่จริงแล้ว การแทนที่อินเทอร์เน็ตแบบดั้งเดิมไม่ใช่สิ่งที่เทคโนโลยีนี้ตั้งใจจะทำ 

นักวิจัยกลับหวังว่าอินเทอร์เน็ตควอนตัมจะวางตัวอยู่เคียงข้างอินเทอร์เน็ตแบบดั้งเดิม และจะถูกนำไปใช้ในการประยุกต์ใช้งานเฉพาะทางมากขึ้น อินเทอร์เน็ตควอนตัมจะทำงานที่สามารถทำได้เร็วกว่าบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมเมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม หรืองานที่ยากเกินกว่าจะทำได้แม้แต่บนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ดีที่สุดในปัจจุบัน

แล้วเรายังรออะไรอยู่ล่ะ?

นักวิทยาศาสตร์ทราบวิธีการสร้างการพันกันระหว่างคิวบิตแล้ว และพวกเขายังประสบความสำเร็จในการใช้ประโยชน์จากการพันกันสำหรับ QKD อีกด้วย 

จีนซึ่งเป็นนักลงทุนในเครือข่ายควอนตัมมายาวนาน ได้ทำลายสถิติการพันกันของอิเล็กตรอนที่เกิดจากดาวเทียม นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนเพิ่งค้นพบการพันกันของอิเล็กตรอนและบรรลุ QKD ในระยะทาง 745 ไมล์ ซึ่งทำลายสถิติเดิม

อย่างไรก็ตาม ขั้นตอนต่อไปคือการขยายขนาดโครงสร้างพื้นฐาน การทดลองทั้งหมดที่ผ่านมาเชื่อมต่อจุดสิ้นสุดเพียงสองจุดเท่านั้น บัดนี้การสื่อสารแบบจุดต่อจุดได้สำเร็จแล้ว นักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาเครือข่ายที่ผู้ส่งและผู้รับหลายรายสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกันผ่านอินเทอร์เน็ตควอนตัมในระดับโลกได้

โดยพื้นฐานแล้ว แนวคิดคือการค้นหาวิธีที่ดีที่สุดในการผลิตคิวบิตที่พันกันจำนวนมากตามความต้องการ ในระยะทางไกล และระหว่างจุดต่างๆ มากมายในเวลาเดียวกัน ซึ่งพูดได้ง่ายกว่าทำจริง ตัวอย่างเช่น การรักษาพันกันระหว่างอุปกรณ์ในจีนและอุปกรณ์ในสหรัฐฯ อาจต้องใช้โหนดตัวกลาง นอกเหนือไปจากโปรโตคอลการกำหนดเส้นทางแบบใหม่ 

และหลายประเทศกำลังเลือกใช้เทคโนโลยีที่แตกต่างกันในการสร้างเครือข่าย entanglement ในตอนแรก ขณะที่จีนกำลังเลือกใช้เทคโนโลยีดาวเทียม ใยแก้วนำแสงเป็นวิธีการที่กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ นิยมใช้ ซึ่งขณะนี้กำลังพยายามสร้างเครือข่ายรีพีตเตอร์ควอนตัมที่สามารถเพิ่มระยะห่างระหว่างคิวบิตที่ entanglement ได้ 

ในสหรัฐอเมริกา อนุภาคยังคงพันกันผ่านใยแก้วนำแสงบน "วงจรควอนตัม" ยาว 52 ไมล์ในเขตชานเมืองชิคาโก โดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ทวนสัญญาณควอนตัม เครือข่ายนี้จะเชื่อมต่อกับห้องปฏิบัติการแห่งหนึ่งของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ เพื่อสร้างฐานทดสอบควอนตัมระยะทาง 80 ไมล์ในเร็วๆ นี้ 

ในสหภาพยุโรป Quantum Internet Alliance ก่อตั้งขึ้นในปี 2018 เพื่อพัฒนากลยุทธ์สำหรับอินเทอร์เน็ตควอนตัม และได้สาธิตการพันกันเป็นระยะทางกว่า 31 ไมล์เมื่อปีที่แล้ว

สำหรับนักวิจัยควอนตัม เป้าหมายคือการขยายเครือข่ายไปสู่ระดับชาติก่อน และในอนาคตอาจถึงระดับนานาชาติ นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เห็นพ้องต้องกันว่าสิ่งนี้ไม่น่าจะเกิดขึ้นได้ภายในสองสามทศวรรษข้างหน้า อินเทอร์เน็ตควอนตัมเป็นโครงการระยะยาวอย่างไม่ต้องสงสัย โดยยังคงมีอุปสรรคทางเทคนิคมากมายที่ยังคงขัดขวางอยู่ แต่ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดซึ่งเทคโนโลยีนี้จะนำมาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ จะนำไปสู่การเดินทางทางวิทยาศาสตร์อันล้ำค่า พร้อมด้วยการประยุกต์ใช้ควอนตัมที่แปลกประหลาดมากมาย ซึ่งในขณะนี้ยังไม่สามารถคาดการณ์ได้

Related articles