ประสบความสำเร็จในการเชื่อมโยงการเข้ารหัสควอนตัมที่ทำลายสถิติผ่านดาวเทียมขนาดเล็ก

ยุคใหม่ของการเข้ารหัสควอนตัม

การเข้ารหัสข้อมูลที่ส่งออกไปนั้นถือเป็นปัญหาที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากฟังก์ชันที่สำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ นั้นขึ้นอยู่กับการเชื่อมโยงข้อมูลที่ปลอดภัยและมั่นคง ในบริบทของข้อมูลทางทหาร การทูต หรือแม้แต่ทางธุรกิจ ความปลอดภัยไม่ได้หมายความเพียงแค่การรับรองว่าจะไม่มีใครเข้าถึงข้อมูลได้เท่านั้น แต่ยังหมายความถึงการสามารถทราบได้ว่ามีบุคคลที่สามพยายามแอบฟังอยู่หรือไม่ด้วย

นี่เป็นสิ่งที่การเข้ารหัสควอนตัมได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะ โดยการรบกวนใดๆ จะถูกตรวจจับโดยอัตโนมัติด้วยกฎพื้นฐานของฟิสิกส์ควอนตัม (ดูด้านล่าง)

อย่างไรก็ตาม การจัดการการส่งสัญญาณเข้ารหัสควอนตัมระยะไกลนั้นมีความท้าทายมาโดยตลอด และจำกัดประโยชน์ของเทคโนโลยีนี้

เห็นได้ชัดว่านี่จะเป็นปัญหาของอดีตไปแล้ว เนื่องจากนักวิจัยชาวจีนสามารถสร้างลิงก์ดาวเทียมควอนตัมระยะทาง 12,900 กิโลเมตร (8,000 ไมล์) ระหว่างจีนและแอฟริกาใต้ได้สำเร็จ

ความสำเร็จนี้เกิดขึ้นจากความร่วมมือกันครั้งใหญ่ที่นำนักวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติเหอเฟย สถาบันวิทยาศาสตร์จีน สถาบันเทคโนโลยีควอนตัมจี่หนาน สถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ปักกิ่ง มหาวิทยาลัยสเตลเลนบอช (แอฟริกาใต้) บริษัท CAS Quantum Network จำกัด และ บริษัท ควอนตัม ซีทีค จำกัด.

ผลลัพธ์เหล่านี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature¹ภายใต้ชื่อ “การแจกจ่ายคีย์ควอนตัมแบบเรียลไทม์บนพื้นฐานไมโครแซทเทลไลท์"

อธิบายการเข้ารหัสควอนตัม

การเข้ารหัสควอนตัมหรือ การกระจายคีย์ควอนตัม (QKD) ไม่ใช่การเข้ารหัสที่อาศัยความสามารถในการประมวลผลแบบควอนตัม (ซึ่งจะถูกเรียกว่า การเข้ารหัสควอนตัม).

การเข้ารหัสควอนตัมคือการสร้างคีย์การเข้ารหัสเพื่อให้มีความลับโดยใช้โฟตอนเดี่ยวในการถ่ายโอนและเข้ารหัสคีย์

สิ่งที่ทำให้เทคนิคนี้มีความพิเศษก็คือโฟตอนเดี่ยวไม่สามารถดักจับ คัดลอก หรือวัดได้โดยไม่เปลี่ยนสถานะควอนตัมของโฟตอนเหล่านั้น ซึ่งถือเป็นสิ่งที่เปลี่ยนแปลงไม่ได้เลย เนื่องจากเป็นกฎเกณฑ์ที่ตายตัวที่การสังเกตอนุภาคควอนตัมจะส่งผลให้คุณลักษณะของอนุภาคเปลี่ยนไป

ที่มา: คูไซด์

ส่งผลให้ผู้ใช้ทั้งสองที่สื่อสารกันสามารถแน่ใจได้ว่าไม่มีใครพยายามเข้าถึงคีย์เลย หรือแม้กระทั่งไม่มีการจัดการเพื่อเข้าถึงด้วยซ้ำ

ซึ่งทำให้เทคนิคนี้เป็นตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพอย่างมากสำหรับการส่งข้อมูลที่ปลอดภัยที่สำคัญ โดยเฉพาะเพื่อวัตถุประสงค์ด้านความมั่นคงของชาติ

นี่ไม่ใช่แนวคิดใหม่ เนื่องจากแนวคิดดังกล่าวอิงตามผลงานในปี 1984 แต่เพิ่งจะนำมาใช้จริงในวงกว้างในปัจจุบัน วิธีนี้ไม่ได้ถ่ายโอนข้อมูลจริง ๆ แต่เป็นเพียงกุญแจสำคัญในการถอดรหัสข้อมูลที่ส่งผ่านวิธีการปกติ

(ก่อนหน้า) ข้อจำกัดของการเข้ารหัสควอนตัม

จนถึงขณะนี้ การเข้ารหัสควอนตัมต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานเฉพาะที่ซับซ้อนมาก โดยมีเส้นใยแก้วนำแสงเฉพาะ

นี่คือโดเมนที่จีนเป็นผู้นำ โดยมีเครือข่ายควอนตัมบนบกแบบไฟเบอร์ระยะทาง 2,000 กม. ที่เชื่อมต่อโหนดที่เชื่อถือได้ 32 แห่งทั่วเมืองใหญ่ตั้งแต่ปักกิ่งไปจนถึงเซี่ยงไฮ้ โปรเจ็กต์ก่อนหน้านี้ดำเนินการภายใต้คำแนะนำของศาสตราจารย์เจียน-เว่ย ปาน นักฟิสิกส์ควอนตัมชื่อดัง ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้นำการพัฒนาล่าสุดด้านการเข้ารหัสควอนตัม

แนวทางนี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากแนวทางของอเมริกา โดย NSA ชอบเทคโนโลยีทางเลือกมากกว่า

NSA มองว่าการเข้ารหัสแบบป้องกันควอนตัม (หรือหลังควอนตัม) เป็นโซลูชันที่มีประสิทธิภาพด้านต้นทุนและดูแลรักษาง่ายกว่าการแจกจ่ายคีย์ควอนตัม ด้วยเหตุผลทั้งหมดนี้ NSA จึงไม่สนับสนุนการใช้ QKD หรือ QC เพื่อปกป้องการสื่อสารในระบบความมั่นคงแห่งชาติ และไม่คาดว่าจะรับรองหรืออนุมัติผลิตภัณฑ์รักษาความปลอดภัย QKD หรือ QC ใดๆ สำหรับการใช้งานโดยลูกค้า NSS เว้นแต่จะเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ได้

โดยรวมแล้ว การเข้ารหัสควอนตัมนั้นใช้ฮาร์ดแวร์เป็นหลักและไม่ยืดหยุ่น และไม่สามารถนำไปใช้ในซอฟต์แวร์หรือในรูปแบบบริการบนเครือข่ายได้ ทำให้การรวมเข้ากับเครือข่ายอื่นหรือการอัปเกรดทำได้ยาก

การย้ายการเข้ารหัสควอนตัมสู่อวกาศ

สร้างจากความพยายามในอดีต

ข้อจำกัดที่เชื่อมโยงกับเครือข่ายใยแก้วนำแสง ซึ่งเป็นโครงการโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่ กำลังได้รับการยกเลิกโดยการหันไปใช้การเข้ารหัสควอนตัมที่ใช้ดาวเทียมแทน

ขั้นตอนแรกคือการตั้งค่าการทดลองจากโครงการ การทดลองควอนตัมในระดับอวกาศ (QUESS) รวมถึงดาวเทียม Micius (ภาษาจีน: 墨子) โดยร่วมมือกับมหาวิทยาลัยเวียนนา

ก่อนหน้านี้ Micius ได้จัดการเชื่อมโยงควอนตัมข้ามทวีปผ่านดาวเทียมระยะทาง 7,600 กม. โดยได้รับความช่วยเหลือจากการทดลองสื่อสารด้วยเลเซอร์บนโมดูลห้องปฏิบัติการทางอวกาศ Tiangong-2 ของจีน (สถานีอวกาศของจีน)

นี่เป็นวิธีที่ดีในการแสดงให้เห็นว่าแนวคิดนี้เป็นไปได้ อย่างไรก็ตาม ต้นแบบนี้ยังต้องพิสูจน์ว่าสามารถทำได้โดยใช้องค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการใช้งานจริง ได้แก่ ดาวเทียมขนาดเล็กน้ำหนักเบา สถานีภาคพื้นดินแบบพกพา และการแลกเปลี่ยนคีย์ที่ปลอดภัยแบบเรียลไทม์

ฝ่ายแอฟริกาใต้ในการศึกษาครั้งนี้ได้รับการนำโดยศาสตราจารย์ Francesco Petruccione ผู้พัฒนาเครือข่ายการสื่อสารควอนตัมแบบไฟเบอร์ออปติกแห่งแรกๆ ของโลกในเมืองเดอร์บัน ประเทศแอฟริกาใต้

ที่มา: มหาวิทยาลัยสเตลเลนบอช

การสาธิตเทคโนโลยีดาวเทียมควอนตัมที่ประสบความสำเร็จนี้ทำให้แอฟริกาใต้กลายเป็นผู้มีบทบาทสำคัญในระบบนิเวศเทคโนโลยีควอนตัมระดับโลกที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว

ศาสตราจารย์ฟรานเชสโก เปตรุชชิโอเน

ข้อดีของการสื่อสารผ่านดาวเทียม

ข้อดีที่ใหญ่ที่สุดของการใช้ดาวเทียมสำหรับการสื่อสารแบบเข้ารหัสประเภทนี้คือไม่ต้องพึ่งพาเครือข่ายไฟเบอร์ออปติกเฉพาะที่มีอยู่ก่อนหน้านี้

วิธีนี้ช่วยให้สามารถนำระบบไปปรับใช้ได้อย่างแพร่หลายแทนที่จะจำกัดอยู่เพียงระบบสายใยแก้วนำแสงภายในประเทศที่มีราคาแพงเท่านั้น

โบนัสพิเศษคือความสำเร็จทางเทคโนโลยีนี้ทำได้โดยใช้ดาวเทียมขนาดเล็กที่มีน้ำหนักบรรทุกเพียง 23 กิโลกรัม (50 ปอนด์) เท่านั้น สำหรับการอ้างอิง ดาวเทียม Starlink ที่มีขนาดค่อนข้างเล็กมีน้ำหนัก 800 กิโลกรัม (1,760 ปอนด์) ต่อดวง

ที่มา: รอยเตอร์ส 

ดังนั้น จึงเป็นเรื่องง่ายมากที่จะติดตั้งอุปกรณ์จำนวนมากเหล่านี้ โดยไม่ต้องส่งขึ้นสู่อวกาศหลายครั้ง

สถานีภาคพื้นดินแบบพกพาจะมีน้ำหนักประมาณ 100 กิโลกรัม ซึ่งทำให้สามารถเคลื่อนย้ายและนำไปใช้งานได้ทุกที่

ข้อจำกัดของการสื่อสารผ่านดาวเทียม

เนื่องจากการสื่อสารต้องอาศัยโฟตอน จึงต้องขึ้นอยู่กับสภาพอากาศเป็นอย่างมาก วันที่มีเมฆมากหรือแม้แต่เมื่อดาวเทียมอยู่ในตำแหน่งเดียวกับดวงอาทิตย์ก็อาจเป็นอุปสรรคต่อกระบวนการสื่อสารได้

ดังนั้น เป็นไปได้มากว่านี่ไม่ใช่เทคโนโลยีที่สามารถใช้งานได้ในทุกสถานการณ์เสมอไป อย่างไรก็ตาม ถือเป็นความสำเร็จที่น่าประทับใจ และการใช้โฟตอนในความถี่อื่นๆ ที่ได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศน้อยกว่า (เช่น ไมโครเวฟ) อาจเป็นขั้นตอนต่อไปที่สมเหตุสมผลในการนำไปใช้

ทำงานได้ดีแค่ไหน?

ผลกระทบต่อสภาพอากาศของเทคโนโลยีนี้เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เลือกเมืองสเตลเลนบอช เนื่องจากมีสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม คือ ท้องฟ้าแจ่มใสและความชื้นต่ำ ในสภาพเช่นนี้ การแบ่งปันคีย์ที่ปลอดภัยสูงสุดถึง 1.07 ล้านบิตเกิดขึ้นได้ระหว่างการส่งผ่านดาวเทียมเพียงครั้งเดียว

การสื่อสารยังเป็นแบบสองทิศทาง ช่วยให้การสื่อสารแบบเรียลไทม์มีความปลอดภัย ถือเป็นความสำเร็จที่แก้ไขข้อจำกัดก่อนหน้านี้ทั้งหมดของต้นแบบ Micius ได้ รวมถึงน้ำหนักของดาวเทียมและสถานีในการแลกเปลี่ยนแบบเรียลไทม์ที่มีประโยชน์

อีกสิ่งหนึ่งที่ระบบแสดงให้เห็นก็คือสามารถถ่ายโอนการเข้ารหัสแผ่นครั้งเดียวของภาพได้ ดังนั้นแม้ว่าในภายหลังจะไม่สามารถถ่ายโอนการเข้ารหัสควอนตัมได้ เช่น ในกรณีที่มีสภาพอากาศเลวร้าย เมื่อถ่ายโอนคีย์แล้ว ข้อมูลก็ยังคงสามารถถอดรหัสได้ แม้ว่าจะมีระยะทางถึง 12,900 กิโลเมตรก็ตาม

การใช้งาน

แอปพลิเคชันแรกๆ น่าจะมีไว้สำหรับการรักษาความมั่นคงของชาติและกองทัพ เนื่องจากกลุ่มเหล่านี้เป็นผู้บริโภคหลักของบริการเข้ารหัสที่ไม่สามารถถอดรหัสได้และมีความปลอดภัยสูง

อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ควรเป็นจุดสิ้นสุดของเทคโนโลยีนี้ กลุ่มดาวเทียมขนาดใหญ่สามารถทำการถ่ายโอนคีย์การเข้ารหัสให้กับผู้บริโภคเชิงพาณิชย์ได้เช่นกัน ซึ่งอาจรวมถึงบริษัทเทคโนโลยี บริษัทการเงิน การแลกเปลี่ยนสกุลเงินดิจิทัล เป็นต้น

อย่างไรก็ตาม ขณะนี้ ผู้ใช้อินเทอร์เน็ตส่วนใหญ่ยังไม่ค่อยได้ใช้ระดับความปลอดภัยนี้ เนื่องจากยังคงมีความซับซ้อนสูงและมีราคาแพงกว่าวิธีการเข้ารหัสอื่นๆ

คาดว่าตลาดการเข้ารหัสควอนตัมจะเติบโตอย่างน่าทึ่งถึง 38.3% ตั้งแต่ปี 2024 ถึงปี 2030 ด้วยมูลค่า 518 ล้านดอลลาร์

ที่มา: Grand View Research

โดยรวมแล้ว นี่หมายความว่าในเร็วๆ นี้ จะมีการเพิ่มชั้นการสื่อสารทางอวกาศแบบใหม่ที่ครอบคลุมทุกหนแห่ง ไม่ใช่แค่ชั้นอินเทอร์เน็ตบรอดแบนด์แบบ Starlink แต่เป็นการเข้ารหัสที่ปลอดภัยแบบจุดต่อจุดและไม่สามารถสอดส่องได้

เนื่องจากเครือข่ายนี้โอนเฉพาะรหัสการเข้ารหัสเท่านั้น ไม่ได้ถ่ายโอนข้อมูลจริง ดังนั้น เครือข่ายนี้จึงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงความปลอดภัยในการเข้ารหัสของระบบโทรคมนาคมผ่านดาวเทียม

ขั้นตอนต่อไปจะเป็นการทดสอบดาวเทียมค้างฟ้าด้วย เนื่องจากการทดสอบดังกล่าวจะช่วยปรับปรุงอัตราการถ่ายโอนคีย์การเข้ารหัสได้อย่างมาก

นอกจากนี้ ยังมีความสมเหตุสมผลมากกว่าในระยะยาวสำหรับระบบเชิงพาณิชย์ เนื่องจากความหน่วงเวลาที่ต่ำเป็นพิเศษที่เชื่อมโยงกับวงโคจรต่ำของโลกไม่จำเป็นสำหรับการเข้ารหัสควอนตัม

บริษัทเข้ารหัสควอนตัม

บริษัท อาร์คิท ควอนตัม อิงค์

Arquit เป็นซัพพลายเออร์ของ "แพลตฟอร์มการเข้ารหัสข้อตกลงคีย์สมมาตรที่ปลอดภัยต่อควอนตัม"

พูดแบบง่ายๆ ก็คือ อุปกรณ์ที่ให้การเข้ารหัสที่ปลอดภัยจากความก้าวหน้าในการประมวลผลแบบควอนตัม

ผลิตภัณฑ์ของบริษัทเป็นไปตามมาตรฐาน โดยมีมาตรฐาน NSA รวมถึงมาตรฐานด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์และการเข้ารหัสอื่นๆ อีกมากมาย.

ลูกค้าของ Arquit ได้แก่บริษัทด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์และเครือข่ายรายใหญ่ที่สุดส่วนใหญ่ เช่น Fortinet, Juniper Network, Intel, Adtran เป็นต้น

ซอฟต์แวร์ที่เกี่ยวข้องสามารถรวมเข้ากับผู้จำหน่าย OEM (ผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม) ส่วนใหญ่ได้ และเป็นแบบคลาวด์

ที่มา: อาร์ควิต

เทคโนโลยีนี้ได้รับการยอมรับจากอุตสาหกรรมว่าเป็นผู้นำด้านคุณภาพการเข้ารหัส โดยได้รับรางวัล National Cyber ​​Awards และ Cyber ​​Security Software Company of the Year Award จาก รางวัลความปลอดภัยทางไซเบอร์นอกจากนี้ยังได้รับรางวัล CTO Outstanding Technology Award สำหรับโซลูชัน 5G ที่ปลอดภัยอีกด้วย Mobile World Congress.

แม้ว่าจะมีลูกค้า พันธมิตร และรางวัลมากมาย แต่ Arquit ยังคงเป็นบริษัทใหม่ โดยมีรายได้เพียง 293,000 ดอลลาร์ในปี 2024

อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ได้สะท้อนมูลค่าที่แท้จริงของบริษัท เนื่องจากคาดว่าจะมีสัญญาหลายสิบล้านฉบับจากหน่วยงานภาครัฐและเอกชนในอนาคตอันใกล้นี้

สัญญาส่วนใหญ่เป็นใบอนุญาตแบบจำกัดสำหรับการสาธิตและการทดสอบบูรณาการของซอฟต์แวร์ข้อตกลงคีย์สมมาตรของ Arqit

ตามที่ประกาศไว้ก่อนหน้านี้ Arqit ได้รับสัญญาอนุญาตสิทธิ์ใช้งานสำหรับองค์กรหลายปีในภูมิภาค EMEA สำหรับผู้ใช้ปลายทางของรัฐบาล ซึ่งคาดว่าจะสร้างรายได้ประจำปีต่อเนื่องรวมเจ็ดหลัก ก่อนสิ้นปีงบประมาณ 2024 สัญญาดังกล่าวได้รับการสรุปแล้ว คาดว่าจะเริ่มสร้างรายได้ในช่วงปีงบประมาณปัจจุบัน

ในทำนองเดียวกัน Sparkle ได้เปิดตัว ในปี 2024 มันชุดผลิตภัณฑ์เครือข่ายเป็นบริการ (NaaS) พร้อม Quantum-Safe บนอินเทอร์เน็ต“ โดยใช้ผลิตภัณฑ์ Arquit

เมื่อรวมกับสถานะเงินสดที่ 18.7 ล้านเหรียญสหรัฐ ณ สิ้นปี 2024 สัญญาที่จะเกิดขึ้นในเร็วๆ นี้จะทำให้ Arquit อยู่ในตำแหน่งที่จะพัฒนาจากสถานะสตาร์ทอัพที่ยังไม่มีรายได้ในเร็วๆ นี้ ซึ่งสมเหตุสมผลกับการประเมินมูลค่า 9 หลักของบริษัท

ข้อมูลล่าสุดเกี่ยวกับ Arqit Quantum Inc.

อ้างอิงการศึกษา:

^{1. Li, Y., Cai, WQ., Ren, JG. et al. การกระจายคีย์ควอนตัมแบบเรียลไทม์โดยใช้ไมโครแซทเทลไลท์ Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08739-z}