โตชิบาสร้างความมั่นคงให้แก่อนาคตสังคมดิจิทัลด้วยเทคโนโลยี QKD : การถ่ายโอนข้อมูลอ่อนไหวระยะไกลอย่างปลอดภัยด้วยเส้นใยเพียงเส้นเดียว

     โดยปกติแล้ว เทคโนโลยีใหม่ๆ ต้องผ่านด่านสำคัญหลายด่านกว่าจะได้ออกจากห้องปฏิบัติการและถูกนำไปใช้จริงในเชิงพาณิชย์ และด่านที่น่าจะสำคัญที่สุดก็คือการทดสอบและการทดลองกับพันธมิตรทางการค้าในสภาพแวดล้อมการใช้งานจริง บทความนี้จะแสดงให้เห็นว่า ทำไมระบบการกระจายกุญแจเข้ารหัสเชิงควอนตัม (Quantum key distribution หรือ QKD) ของโตชิบาจึงเป็นสิ่งจำเป็น โดยเทคโนโลยีนี้ได้นำไปใช้ทางเชิงพาณิชย์ในเครือข่ายที่ใช้งานจริงแล้วใน สหราชอาณาจักร 

     ระบบการเข้ารหัสที่ปลอดภัยและน่าเชื่อถือเป็นสิ่งที่สร้างความเชื่อมั่นให้เศรษฐกิจดิจิทัลในปัจจุบันดำเนินต่อไปได้ รวมถึงการถ่ายโอนและการจัดเก็บข้อมูลธุรกิจและข้อมูลส่วนบุคคลที่ละเอียดอ่อนจำนวนมากให้ปลอดภัย แต่กระนั้น การรักษาความปลอดภัยพื้นฐาน โครงสร้างพื้นฐานของระบบเหล่านี้มักถูกมองข้าม ความโชคไม่ดีก็คือ อาชญากรไซเบอร์ที่เจตนาไม่ดีกับขีดความสามารถของเทคโนโลยีที่สูงขึ้นดันมาบรรจบกันในยุคที่ปริมาณข้อมูลที่ส่งข้ามเครือข่ายกำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากการขยายตัวของเครือข่ายรับส่งข้อมูลมือถือ 5จี อินเทอร์เน็ตแห่งสรรพสิ่ง (Internet of Things หรือ IoT) และการสื่อสารระหว่างเครื่องจักร (machine-to-machine หรือ M2M) การจะป้องกันไม่ให้เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นไม่ได้เป็นเพียงแค่ความท้าทายด้านเทคนิคเท่านั้น แต่เป็นสิ่งที่ต้องลงมือทำทั้งในเชิงพาณิชย์และกฎเกณฑ์ข้อบังคับ เพราะหากไม่มีการเข้ารหัสอย่างปลอดภัยแล้ว การสื่อสารที่ผู้ใช้ในปัจจุบันเข้าใจว่าเป็นส่วนตัวก็จะเริ่มพังทลาย ส่งผลกระทบร้ายแรงต่อการทำธุรกิจในโลกออนไลน์และลามไปถึงเศรษฐกิจทั้งระบบในที่สุด

     ทางออกของปัญหานี้ คือ การเข้ารหัสเชิงควอนตัม ซึ่งทำได้โดยใช้การกระจายกุญแจเข้ารหัสเชิงควอนตัม (quantum key distribution หรือ QKD) การเข้ารหัสแบบนี้แตกต่างจากการเข้ารหัสกุญแจสาธารณะแบบที่ใช้กันอยู่ตรงที่ระบบเดิมตั้งอยู่บนเงื่อนไขที่ว่า คอมพิวเตอร์ปกติที่เราใช้กันแก้โจทย์คณิตศาสตร์ซับซ้อนไม่ได้เร็วพอ ส่วน QKD มีความปลอดภัยแน่นอนเพราะอาศัยอุตุนิยามหรือกฎธรรมชาติพื้นฐานที่หลีกเลี่ยงไม่ได้  เมื่อรวมกับอัลกอริทึมชนิดต้านระบบควอนตัมแล้ว จึงทำให้ QKDปลอดภัยทั้งจากการแอบส่องดูข้อมูลในปัจจุบันและการโจมตีทุกรูปแบบในอนาคต QKD กระจายกุญแจเข้ารหัสให้แก่ทั้งสองฝ่ายที่สื่อสารกันอย่างปลอดภัย ดังนั้น หากมีการพยายามดักข้อมูล ก็จะแสดงข้อผิดพลาดชัดเจน

     โตชิบาเป็นผู้บุกเบิกด้าน QKD มาเกือบ 30 ปีแล้ว ทั้งยังได้ประดิษฐ์คิดค้นนวัตกรรมหลายอย่างเป็นรายแรกของโลกและทำการสาธิตต่อสาธารณชนจนสามารถพลิกโฉมเทคโนโลยี QKD จากโครงการขั้นพิสูจน์แนวคิดจนไปสู่ขั้นที่นำไปใช้งานเชิงพาณิชย์เต็มรูปแบบแล้ว การเปิดตัวเทคโนโลยี QKD แบบรวมสัญญาณของโตชิบาถือเป็นก้าวสำคัญสำหรับ เทคโนโลยี QKD เทคโนโลยีนี้ทำให้สามารถนำ QKD ไปใช้กับเส้นใยที่ใช้รับส่งข้อมูลอยู่แล้วได้ ซึ่งช่วยลดต้นทุนในการติดตั้งได้อย่างมาก ทำให้เทคโนโลยีนี้สามารถแข่งขันในเชิงพาณิชย์ได้ในแวดวงเครือข่ายผู้ให้บริการมาตรฐาน หาก QKD เป็นเทคโนโลยีที่ทำให้เราวางใจได้มาโดยตลอดว่าสามารถทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนกุญแจที่ปลอดภัยได้ เทคโนโลยีรวมสัญญาณนี้ก็นับเป็นครั้งแรกที่หน่วยงานต่างๆ จะเข้าถึงความวางใจดังกล่าวได้ในเชิงพาณิชย์ในรูปแบบบริการพื้นฐานจากผู้ให้บริการโทรคมนาคม

     การทำให้ QKD ชนิดรวมสัญญาณใช้งานได้จริงในเครือข่ายที่ไม่เสถียรในโลกความเป็นจริงนั้นจำเป็นต้องอาศัยเทคโนโลยีที่พัฒนารุดหน้าไปหลายขั้น เพื่อให้สามารถชดเชยกับสัญญาณแทรกสอดและการสูญเสียสัญญาณ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปริมาณข้อมูลและระดับสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนเพิ่มสูงขึ้น เนื่องจากสัญญาณเลเซอร์ในสายสัญญาณปกติมีความแรงและสว่างกว่าสัญญาณในช่องสัญญาณควอนตัมหลายสิบล้านเท่า โตชิบาจึงจำเป็นต้องพัฒนาระบบกรองกรรมสิทธิ์เฉพาะขึ้นเพื่อให้สามารถแยกสัญญาณดังกล่าวได้โดยที่อัตราความผิดพลาดไม่เกินค่าที่ยอมรับได้  นอกจากนี้ โตชิบายังใช้เทคโนโลยีสร้างความเสถียรแบบแอ็กทิฟเพื่อตรวจสอบและชดเชยการเปลี่ยนแปลงด้านอุณหภูมิและความยาวของสายใยแก้ว ซึ่งเมื่อเปลี่ยนแค่เพียงน้อยนิดก็สามารถทำให้เกิดข้อผิดพลาดและลดอัตราบิตโดยทันที ขณะนี้สามารถรับส่งสัญญาณไปพร้อมกับQKD ได้ในอัตราหลายเทระไบต์ต่อวินาทีในโหมด WFM นี้

     การติดตั้งเครือข่ายปลอดภัยระดับควอนตัมในอุตสาหกรรมครั้งแรกของสหราชอาณาจักร

     เครือข่ายดังกล่าวสาธิตให้เห็นว่า QKD สามารถนำมาใช้เพื่อสร้างความปลอดภัยในการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างหน่วยงานอุตสาหกรรมสำคัญที่ความปลอดภัยเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งยวด โซลูชันเทคโนโลยีนี้กำลังเข้ามาแทนที่วิธีการส่งข้อมูลที่มีความอ่อนไหวแบบเดิม ที่ต้องบรรจุข้อมูลลงในอุปกรณ์เก็บข้อมูลพกพาแล้วนำส่งอุปกรณ์ระหว่างทั้งสองหน่วยงาน คือ เอ็นซีซี และ ซีเอฟเอ็มเอส ซึ่งตั้งอยู่ในเอเมอร์สันส์กรีนและฟิลตันในนอร์ท บริสตอล และที่มหาวิทยาลัยบริสตอล วิธีการใหม่นี้สามารถส่งข้อมูลได้ด้วยความเร็วสูงผ่านสายเส้นใยนำแสงยาวกว่า 7 กิโลเมตร พร้อมกับส่งกุญแจเข้ารหัสในรูปกระแสโฟตอนเดี่ยวที่เข้ารหัสแล้ว ทำให้ทั้งประหยัดเวลาและทำให้การถ่ายโอนข้อมูลสำคัญปลอดภัยยิ่งขึ้น 

     เทคโนโลยีรวมสัญญาณล้ำยุคช่วยให้สามารถส่งข้อมูลและกุญแจควอนตัมในเส้นใยสายเดียวกันได้ ไม่ต้องลงทุนสร้างโครงสร้างพื้นฐานเพื่อการกระจายกุญแจโดยเฉพาะระบบ QKD ของโตชิบาใช้เส้นใยโอเพนรีชมาตรฐาน ทำให้สามารถกระจายกุญแจเข้ารหัสได้นับพันต่อวินาที นอกจากนี้ ความสามารถในการรวมสัญญาณยังทำให้ส่งข้อมูลและกุญแจควอนตัมในเส้นใยเดียวกันได้ ไม่ต้องลงทุนสร้างโครงสร้างพื้นฐานเพื่อการกระจายกุญแจโดยเฉพาะระบบดังกล่าวยังใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีสร้างความเสถียรแบบแอ๊กทิฟของโตชิบา ซึ่งช่วยให้ระบบสามารถกระจายกุญแจได้อย่างต่อเนื่องแม้ในสภาพแวดล้อมที่ท้าทายที่สุด โดยที่ไม่ต้องมีคนเข้ามาควบคุมดูแล ช่วยให้ไม่ต้องปรับเทียบระบบใหม่เพราะเกิดการเปลี่ยนแปลงในความยาวของเส้นใยอันเนื่องมาจากอุณหภูมิ