การทดลองวิทยาการเข้ารหัสลับเชิงควอนตัมโดยเกณฑ์วิธี BB84
Experimental Quantum Cryptography Based on the BB84 Protocol
................................................................................................................................................
 สุรศักดิ์ เชียงกา สรายุธ เดชะปัญญา และ พิทักษ์ พานทอง
ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

          วิทยาการเข้ารหัสลับ (cryptography) เป็นการศึกษา
เกี่ยวกับเทคนิคและการประยุกต์ต่างๆ ในการส่งข้อมูลผ่าน
ช่องสื่อสารทั่วไปเพื่อทำให้ผู้ดักฟังไม่สามารถเข้าใจข้อมูลนั้น
ได้ วิธีการที่นิยมใช้คือการเข้ารหัสข้อมูลด้วยรหัสลับ (key)
ดังนั้นความปลอดภัยของข้อมูลจึงขึ้นอยู่กับความปลอดภัยของ
รหัสลับ รหัสลับของระบบวิทยาการเข้ารหัสลับที่ใช้กันอยู่ใน
ปัจจุบันสร้างขึ้นมาจากความซับซ้อนของปัญหาทางคณิต-
ศาสตร์และไม่สามารถพิสูจน์ถึงความปลอดภัยของรหัสลับ

   ที่สร้างขึ้น โดยการทำลายรหัสลับจะขึ้นอยู่กับความเร็วของ
คอมพิวเตอร์ที่ใช้ในการหาผลเฉลยจึงมีความเสี่ยงสูงเนื่อง
จากแนวโน้มการพัฒนาความเร็วของคอมพิวเตอร์ใน
ปัจจุบันเป็นไปอย่างรวดเร็วมาก ซึ่งตรงกันข้ามกับวิทยาการ
เข้ารหัสลับเชิงควอนตัมที่ความปลอดภัยของระบบรับประกัน
ไว้ด้วยกฎต่างๆทางควอนตัมฟิสิกส์และวิธีการเข้ารหัสแบบ
เวอร์แนม (Virnam cipher) ซึ่งเป็นวิธีการเดียวที่ได้รับการ
พิสูจน์ว่ามีความปลอดภัยและระบบสามารถตรวจจับผู้ดักฟัง
ข้อมูลได้อย่างแน่นอน


รูปที่ 1 แผนผังชุดทดลองวิทยาการเข้ารหัสลับเชิงควอนตัมโดยเกณฑ์วิธี BB84

             ภาคส่ง(Alice)กำเนิดโฟตอนเดี่ยวด้วยเลเซอร์ไดโอด (LD) ที่กำหนดสถานะโพลาไรส์ของโฟตอนเดี่ยว
ตามเกณฑ์วิธีBB84 ด้วยกระจกแยกลำโฟตอนชนิดโพลาไรส์  (PBS) , แผ่นหน่วงครึ่งคลื่น (QW-plate)
และรวมลำโฟตอนด้วยกระจกแยกลำโฟตอน (BS) ส่งผ่านอากาศไปยังภาครับ(Bob)ที่ประกอบด้วยทัศนอุปกรณ์
เช่นเดียวกับภาคส่งเพื่อวิเคราะห์สถานะโพลาไรส์ของโฟตอนเดี่ยวและตรวจจับด้วยอะวัลลันซ์โฟโตไดโอด (APD)
และจะเข้ารหัสเป็นเลขบิตฐานสอง (key) โดยตรวจสอบผู้ดักฟังข้อมูล (eavesdropper) ด้วยคอมพิวเตอร์ (PC)
ผ่านระบบอินเตอร์เน็ต

           ในงานวิจัยนี้เป็นการทดลองของระบบต้นแบบที่สร้างขึ้นตามเกณฑ์วิธี BB84 ซึ่งประกอบด้วยภาคส่งและ
ภาครับ (รูปที่1) โดยภาคส่งประกอบด้วยเลเซอร์ไดโอดจำนวน 4 ตัว ที่กำหนดให้ทำงานแบบพัลส์ ความถี่ 1 MHz
โดยมีจำนวนโฟตอนเฉลี่ยประมาณ 0.05 โฟตอนต่อพัลส์ สถานะโพลาไรส์ของโฟตอนเดี่ยวสร้างได้จากชุด
ทัศนอุปกรณ์ชนิดพาสซีพ ภาครับประกอบด้วยอะวัลลันซ์โฟโตไดโอดจำนวน 4 ตัวและชุดทัศนอุปกรณ์ชนิด
พาสซีพเช่นเดียวกับภาคส่งเพื่อใช้ในการวิเคราะห์สถานะโพลาไรส์ของโฟตอน


รูปที่ 2 แสดงการวิเคราะห์สถานะโพลาไรซ์ของภาคส่งด้วย APD (a) สถานะ| H>และ | v>(b) สถานะ | R>และ | L>

          จากผลการทดลอง(รูปที่2) สามารถวัดค่าสภาพมองเห็นได้ (visibility) ของสถานะโพลาไรซ์ของโฟตอนเดี่ยวแต่ละสถานะ
ได้ดังนี้ VH=0.99, VV=0.99, VR=0.97, และ VL=0.97 ซึ่งชี้ให้เห็นว่าสามารถที่จะสร้างรหัสลับด้วยระบบต้นแบบนี้ได้