ควอนตัมคอมพิวเตอร์คืออะไร ต่างจากคอมพิวเตอร์ทั่วไปอย่างไร และกระทบการเข้ารหัสแค่ไหน

คุณสมบัติแรกเรียกว่าซูเปอร์โพสิชัน (superposition) คือคิวบิตอยู่ในสถานะผสมของความเป็นไปได้หลายแบบ แต่เมื่อวัดค่า สถานะนั้นจะยุบลงเหลือ 0 หรือ 1 อย่างใดอย่างหนึ่ง คุณสมบัติที่สองคือเอนแทงเกิลเมนต์ (entanglement) ไอบีเอ็มนิยามว่าเป็นความสามารถของคิวบิตในการสัมพันธ์สถานะกับคิวบิตตัวอื่น เมื่อวัดคิวบิตที่เกี่ยวพันกันตัวหนึ่ง ก็ได้ข้อมูลของตัวอื่นด้วย

ไอบีเอ็มยังระบุว่าอีกหลักสำคัญคืออินเทอร์เฟอเรนซ์ (interference) ซึ่งทำหน้าที่เสริมคำตอบที่ใช้ได้ให้เด่นขึ้น และหักล้างคำตอบที่ผิดออกไป การคำนวณควอนตัมจึงต้องออกแบบวิธีคำนวณให้คำตอบที่ถูกเหลืออยู่

ทำอะไรได้ และทำไมยังไม่ถึงมือคนทั่วไป

ไอบีเอ็มระบุว่าควอนตัมคอมพิวเตอร์เก่งกับโจทย์ซับซ้อนที่มีตัวแปรจำนวนมาก งานที่คาดหวังคือการจำลองระบบทางฟิสิกส์ โดยเฉพาะด้านเคมีและวัสดุศาสตร์ เช่น ช่วยนักวิจัยหาตัวเลือกยาหรือวัสดุทางวิศวกรรมได้เร็วขึ้น และการหาแบบแผนในข้อมูล ซึ่งอาจใช้กับชีววิทยา เช่น การพับตัวของโปรตีน และการเงิน

แต่ไอบีเอ็มก็บอกตรงๆ ว่าควอนตัมคอมพิวเตอร์ไม่เหมาะกับทุกโจทย์ และไม่เหมาะกับโจทย์ส่วนใหญ่ด้วยซ้ำ ข้อจำกัดหลักคือคิวบิตเสียหายง่าย การคงสถานะควอนตัมไว้ให้ได้ต่อเนื่องจึงเป็นอุปสรรคใหญ่ที่เรียกว่าดีโคฮีเรนซ์ (decoherence) คือสถานะควอนตัมพังลงเป็นสถานะธรรมดา เครื่องจึงต้องเย็นจัดเพื่อลดสัญญาณรบกวน ไอบีเอ็มระบุว่าฮาร์ดแวร์บางส่วนต้องเย็นกว่าอวกาศ นอกจากนี้ตัวประมวลผลปัจจุบันรองรับคิวบิตได้ไม่มาก และต้องกระจายข้อมูลไปหลายคิวบิตเพื่อแก้ข้อผิดพลาด

ในแง่ความคืบหน้า ไอบีเอ็มระบุว่าได้แสดงให้เห็นแล้วว่าใช้งานได้จริงในระดับที่เรียกว่า quantum utility ส่วน quantum advantage ซึ่งหมายถึงการได้เปรียบชัดเจนเหนือวิธีคลาสสิกที่ทราบทั้งหมด ไอบีเอ็มคาดว่าจะเกิดภายในปลายปี 2026 ซึ่งเป็นเพียงการคาดการณ์ของบริษัท ยังไม่ใช่ข้อเท็จจริงที่เกิดขึ้นแล้ว

ผลต่อการเข้ารหัสที่ปกป้องข้อมูลออนไลน์

สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติสหรัฐฯ (National Institute of Standards and Technology หรือ NIST) ระบุว่านักวิจัยทั่วโลกกำลังสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่อาจถอดรหัสที่ปกป้องความปลอดภัยและความเป็นส่วนตัวของแทบทุกอย่างที่ทำออนไลน์ในปัจจุบัน และผู้เชี่ยวชาญบางส่วนคาดว่าเครื่องแบบนี้อาจปรากฏภายในราวหนึ่งทศวรรษ นี่เป็นเหตุให้ผู้ใช้อินเทอร์เน็ตทั่วไปควรรู้เรื่องนี้ แม้ตัวเครื่องจะยังไม่ถึงมือใคร

NIST เผยแพร่มาตรฐานการเข้ารหัสทนควอนตัมชุดแรกเมื่อวันที่ 13 ส.ค. 2567 มี 3 ฉบับ ได้แก่ FIPS 203 (ML-KEM) สำหรับการเข้ารหัสทั่วไป FIPS 204 (ML-DSA) สำหรับลายเซ็นดิจิทัล และ FIPS 205 (SLH-DSA) เป็นมาตรฐานลายเซ็นดิจิทัลสำรองที่ใช้หลักคณิตศาสตร์ต่างจากฉบับแรก ตอนประกาศ NIST ระบุว่าจะร่าง FN-DSA เป็นมาตรฐานเพิ่มเติมในชื่อ FIPS 206 และเตือนผู้ดูแลระบบให้เริ่มเปลี่ยนมาใช้ได้เลย ไม่ต้องรอมาตรฐานเพิ่ม

ล่าสุด NIST ออกรายงาน NIST IR 8547 ฉบับสุดท้ายเมื่อวันที่ 27 ต.ค. 2569 ซึ่งเป็นแผนการย้ายจากอัลกอริทึมที่เสี่ยงต่อควอนตัมไปสู่ลายเซ็นดิจิทัลและวิธีสร้างกุญแจแบบทนควอนตัม โดยระบุว่าหน่วยงานรัฐบาลกลางสหรัฐฯ ควรให้ความสำคัญกับการย้ายระบบที่อ่อนไหวที่สุดก่อน

สิ่งที่ควรรู้เมื่ออ่านข่าวควอนตัม

เมื่อเห็นข่าวควอนตัมคอมพิวเตอร์ ให้แยกให้ออกระหว่างการสาธิตในห้องวิจัย กับเครื่องที่ใช้งานแทนคอมพิวเตอร์ทั่วไปได้จริง ตอนนี้ยังเป็นอย่างแรก และเครื่องเหล่านี้ถูกคาดหวังให้ช่วยเร่งงานเฉพาะด้านที่ยากมาก ไม่ได้ทำให้ทุกงานเร็วขึ้น

สำหรับผู้ใช้ทั่วไป ยังไม่มีอะไรต้องลงมือทำเอง การเปลี่ยนไปใช้การเข้ารหัสแบบใหม่เป็นหน้าที่ของผู้พัฒนาระบบและผู้ดูแลบริการต่างๆ ซึ่ง NIST เรียกร้องให้เริ่มแล้ว สิ่งที่ผู้อ่านทำได้คือติดตามประกาศของบริการที่ใช้อยู่ และอัปเดตแอปกับระบบปฏิบัติการอย่างสม่ำเสมอ

ที่มา: IBM (หน้า What is quantum computing), NIST (ประกาศเผยแพร่มาตรฐานการเข้ารหัสทนควอนตัมชุดแรก 13 ส.ค. 2567), NIST Computer Security Resource Center (NIST IR 8547 ฉบับสุดท้าย)