ทีมจาก ETH Zurich นำโดยนักเข้ารหัสลับ Renato Renner เชื่อมต่อ 2 คิวบิตในระยะกว่า 30 เมตร เพื่อสร้างความสุ่มที่ผ่านการรับรอง ซึ่งไม่มีเครื่องใดสามารถคาดเดาได้ นักวิจัยใช้การพัวพันเชิงควอนตัมและเทคนิคตัวสกัดจากแหล่งที่มาสองแหล่ง เพื่อสร้างสตรีมตัวเลขที่ผ่านการรับรองโดยฟิสิกส์ ไม่ใช่การสันนิษฐานเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์ โดยผลการศึกษาถูกตีพิมพ์ใน Nature การทดลองนี้ตอบโจทย์การใช้งานด้านการเข้ารหัสลับ เกม และความปลอดภัย ด้วยการให้ความไม่คาดเดาโดยยึดโยงกับกลศาสตร์ควอนตัม แทนอัลกอริทึมหลอกสุ่มแบบคลาสสิก งานนี้ต่อยอดงานวิจัยการทดสอบ Bell ที่ตัดทิ้งตัวแปรคลาสสิกที่ซ่อนอยู่ มอบสิ่งที่ทีมเรียกว่า “ลูกเต๋าที่สมบูรณ์แบบ” ซึ่งผลลัพธ์ยังคงไม่อาจรู้ได้โดยพื้นฐาน ผลลัพธ์นี้ช่วยเสริมข้อโต้แย้งเรื่องความได้เปรียบเชิงควอนตัมในระบบความปลอดภัย และท้าทายแบบจำลองความเป็นจริงแบบกำหนดแน่ชัด โดยแสดงให้เห็นว่าบางผลลัพธ์พิสูจน์ได้ว่าอยู่นอกเหนือการคาดการณ์
ทีม ETH Zurich สาธิตความสุ่มเชิงควอนตัมที่ผ่านการรับรอง ด้วยคิวบิตที่พัวพัน
การทดลองของ ETH Zurich ทำให้คิวบิต 2 ตัวพัวพันกันโดยใช้โฟตอนไมโครเวฟภายในอุโมงค์ยาว 30 เมตร ในระยะห่างราว 98 ฟุต การวัดคิวบิตหนึ่งจะสัมพันธ์กับอีกคิวบิต แต่ผลลัพธ์รายตัวกลับยังไม่อาจทราบได้โดยพื้นฐานตามที่ทีมระบุ ผลการวัดดิบถูกนำไปประมวลผลด้วย two-source extractor ซึ่งเป็นเทคนิคที่ทำให้อินพุตที่สุ่มไม่มากกลายเป็นเอาต์พุตที่สุ่มอย่างพิสูจน์ได้ การอ้างอิงนี้ตั้งอยู่บนฟิสิกส์ ไม่ใช่การเชื่อความลับภายในของอุปกรณ์ โดยความสุ่มได้รับการรับรองจากโครงสร้างของการทดลองและทฤษฎีควอนตัมเอง ผลงานปรากฏใน Nature และพึ่งพางานวิจัยการทดสอบ Bell มาเป็นเวลาหลายทศวรรษที่ตัดทิ้งตัวแปรคลาสสิกที่ซ่อนอยู่
การเข้ารหัสลับและเกมมาจากเอนโทรปีที่ยึดโยงกับฟิสิกส์
แนวทางนี้ต่างจากเครื่องกำเนิดทั่วไปที่พึ่งพาอัลกอริทึมหรือสัญญาณรบกวนจากสิ่งแวดล้อม ด้วยการยึดเอาต์พุตเข้ากับกฎของกลศาสตร์ควอนตัม เป้าหมายทันทีคือการเข้ารหัสลับ ซึ่งความปลอดภัยของคีย์ขึ้นอยู่กับความไม่คาดเดา ธนาคาร ผู้ให้บริการคลาวด์ และโมดูลความปลอดภัยของฮาร์ดแวร์สามารถนำบิตที่ผ่านการรับรองเหล่านี้ไปใช้ในการสร้างคีย์ การบูตแบบปลอดภัย และการยืนยันตัวตนที่มีความเสี่ยงสูง ตามที่นักวิจัยเสนอ เกมและล็อตเตอรี่เป็นตัวเลือกที่เป็นไปได้ แม้การขยายขนาดและต้นทุนจะเป็นตัวกำหนดจังหวะ นักวิจัยวางกรอบผลลัพธ์เป็นหลักฐานของความได้เปรียบเชิงควอนตัม ซึ่งเป็นโดเมนที่เครื่องจักรคลาสสิกไม่สามารถให้การันตีได้เท่ากัน สำหรับนักพัฒนาและ CISO เอนโทรปีที่ยึดโยงกับฟิสิกส์สามารถยกระดับพื้นฐานความปลอดภัยให้สูงขึ้นในสถาปัตยกรรมที่พึ่งพาเมล็ดสุ่มหลอก
กลศาสตร์ควอนตัมท้าทายความกำหนดแน่ชัด ด้วยเอาต์พุตที่พิสูจน์ได้ว่าไม่อาจคาดเดา
ผลลัพธ์นี้ตอบโจทย์การถกเถียงมายาวนานในฟิสิกส์ หากเอาต์พุตบางอย่างพิสูจน์ได้ว่าเกินการคาดเดา ความไม่แน่นอนนั้นก็ติดอยู่ในความเป็นจริงแทนที่จะสะท้อนเพียงความไม่รู้ สิ่งนี้สนับสนุนมุมมองแบบความน่าจะเป็นของกลศาสตร์ควอนตัม และลดพื้นที่สำหรับคำอธิบายแบบกำหนดแน่ชัดที่มีตัวแปรซ่อนอยู่ตามที่ทีมระบุ การค้นพบนี้เปลี่ยนกรอบโมเดลความเสี่ยง ด้วยการแสดงว่าความไม่แน่นอนบางส่วนไม่สามารถเฉลี่ยทิ้งได้ มีแต่ต้องยอมรับและนำไปใช้ประโยชน์
FAQ
ทีม ETH Zurich ทำอะไรสำเร็จกับคิวบิตที่พัวพัน?
ทีม ETH Zurich ที่นำโดย Renato Renner เชื่อมต่อคิวบิต 2 ตัวในระยะกว่า 30 เมตร เพื่อสร้างความสุ่มที่ผ่านการรับรอง โดยใช้การพัวพันเชิงควอนตัมและ two-source extractor ระบบสร้างบิตที่ไม่มีใครคาดเดาได้ โดยความสุ่มได้รับการรับรองด้วยฟิสิกส์ ไม่ใช่การสันนิษฐานเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์ และผลการศึกษาถูกตีพิมพ์ใน Nature
ความสุ่มเชิงควอนตัมต่างจากเครื่องกำเนิดตัวเลขสุ่มแบบดั้งเดิมอย่างไร?
ความสุ่มเชิงควอนตัมยึดโยงกับกฎของกลศาสตร์ควอนตัม แทนที่จะพึ่งพาอัลกอริทึมหรือสัญญาณรบกวนจากสิ่งแวดล้อม แนวทางของ ETH Zurich ใช้คิวบิตที่พัวพันและ two-source extractor เพื่อสร้างเอาต์พุตที่สุ่มอย่างพิสูจน์ได้ซึ่งผ่านการรับรองจากโครงสร้างของการทดลองและทฤษฎีควอนตัม โดยต่อยอดงานวิจัยการทดสอบ Bell ที่ตัดทิ้งตัวแปรคลาสสิกที่ซ่อนอยู่
ทำไมความสุ่มเชิงควอนตัมที่ผ่านการรับรองถึงสำคัญต่อการเข้ารหัสลับ?
ความสุ่มเชิงควอนตัมที่ผ่านการรับรองให้ความไม่คาดเดาที่ไม่มีเครื่องใดคาดเดาซ้ำได้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความปลอดภัยของคีย์การเข้ารหัส ธนาคาร ผู้ให้บริการคลาวด์ และโมดูลความปลอดภัยของฮาร์ดแวร์สามารถใช้บิตที่ยึดโยงกับฟิสิกส์นี้สำหรับการสร้างคีย์ การบูตแบบปลอดภัย และการยืนยันตัวตน โดยยกระดับพื้นฐานความปลอดภัยให้สูงขึ้นจากสถาปัตยกรรมที่ปัจจุบันพึ่งพาเมล็ดสุ่มหลอก
