ETH Zurich สร้างตัวเลขสุ่มที่สมบูรณ์แบบที่พิสูจน์ได้เป็นครั้งแรก

2. สร้างสถานะ Entanglement ข้ามระยะทาง 30 เมตร: ทีมวิจัยใช้ชิปควอนตัมตัวนำยิ่งยวด (Superconducting Quantum Chips) สองตัวที่ถูกทำให้เย็นลงจนเกือบถึงศูนย์สัมบูรณ์ และเชื่อมต่อกันด้วยสายเชื่อมแช่แข็ง (Cryogenic Link) ยาว 30 เมตร ชิปทั้งสองถูกทำให้อยู่ในสถานะพัวพันกันเชิงควอนตัม (Entanglement) ซึ่งหมายความว่าการวัดค่าบนชิปตัวหนึ่งจะส่งผลต่อสถานะของอีกตัวหนึ่งในทันที ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของความไม่เป็นท้องถิ่น (Non-locality) ในกลศาสตร์ควอนตัม

3. รับรองความสุ่มด้วยการทดสอบ Bell Test ไร้ช่องโหว่: ความสุ่มที่อ่อนแอในขั้นตอนแรกจะถูกนำมาใช้ในการกำหนดรูปแบบการวัดค่าบนคิวบิตที่พัวพันกัน เมื่อค่าความสัมพันธ์ที่วัดได้ละเมิดหลักอสมการของเบลล์ (Bell Inequality) ในระดับที่เกินกว่าคำอธิบายแบบ "ตัวแปรแฝง" (Hidden Variable) ใดๆ จะทำได้ ผลลัพธ์ที่ได้จะถูกพิสูจน์ว่ามันไม่สามารถคาดเดาได้โดยพื้นฐาน—ไม่ใช่แค่ยังไม่รู้ แต่เป็น "ความสุ่มที่มีอยู่ในธรรมชาติของมันเอง" การละเมิดกฏของเบลล์นี้เป็นเสมือนการ "ขยาย" ความสุ่มขั้นต่ำจากข้อมูลนำเข้าให้กลายเป็นข้อมูลบิตเอาต์พุตที่ใกล้เคียงความสมบูรณ์แบบและเป็นส่วนตัว

ข้อสังเกตสำคัญคือ การทดสอบ Bell test ไม่ได้แค่ยืนยันว่าเกิด Entanglement ขึ้นจริง แต่มันยังทำหน้าที่ตรวจสอบและรับรองความสุ่มของกระบวนการตรวจวัดควอนตัมแบบเรียลไทม์อีกด้วย

ผลกระทบต่อความปลอดภัยทางดิจิทัล: กุญแจสู่การเข้ารหัสที่ไร้เทียมทาน

การมีตัวเลขสุ่มที่สมบูรณ์แบบและพิสูจน์ได้ จะช่วยขจัดจุดอ่อนพื้นฐานในระบบการเข้ารหัส (Cryptographic Systems) ได้อย่างสิ้นเชิง:

• กุญแจและลายเซ็นดิจิทัลที่ปลอดภัยไร้เงื่อนไข (Unconditionally Secure): มันจะเป็นไปได้เมื่อความสุ่มที่ใช้เป็นพื้นฐานได้รับการพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์แล้วว่าไม่สามารถคาดเดาได้ แม้แต่ศัตรูที่มีพลังประมวลผลไม่จำกัดก็ไม่สามารถเจาะได้
• การใช้งานแบบ Zero-Trust: การรับรองความสุ่มจะยังคงไว้ได้ แม้ว่าอุปกรณ์ควอนตัมที่ใช้จะถูกสร้างโดยบุคคลที่สามที่ไม่น่าไว้วางใจ หรือสงสัยว่ามีการดัดแปลงแก้ไข
• ความโปร่งใสในกระบวนการสาธารณะ: เทคโนโลยีนี้จะช่วยเพิ่มความยุติธรรมให้กับระบบหวย รัฐบาล การตรวจสอบการเลือกตั้ง และการจับสลากทางคริปโต (Cryptographic Sortition) ที่อคติใดๆ ที่ซ่อนอยู่ในกระบวนการที่ควรจะสุ่มนั้นสามารถบ่อนทำลายผลลัพธ์ได้

ข้อแลกเปลี่ยนคือเรื่องความเร็ว (Throughput) การจะได้ใบรับรองความสมบูรณ์แบบนั้นต้องใช้กระบวนการทดลองที่ซับซ้อน ซึ่งปัจจุบันจำกัดอัตราการผลิตบิตสุ่ม เมื่อเทียบกับเครื่องกำเนิดเลขสุ่มควอนตัมเชิงพาณิชย์ที่ไม่ได้มีการรับรอง

เปรียบเทียบ ETH Zurich กับ JPMorgan: สองแนวทางแห่งการรับรองความสุ่ม

การประกาศของ ETH Zurich ในเดือนพฤษภาคม 2026 นี้ เกิดขึ้นหลังจากอีกหนึ่งเหตุการณ์สำคัญทางประวัติศาสตร์เพียงปีเศษ นั่นคือในเดือนมีนาคม 2025 ทีมงานจาก JPMorganChase, Quantinuum, Argonne National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory และ University of Texas at Austin ได้สาธิต Certified Randomness Expansion โดยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบ trapped-ion 56 คิวบิต ซึ่งผลงานนี้ก็ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature เช่นกัน ความสำเร็จทั้งสองนี้แสดงถึงแนวทางที่ส่งเสริมซึ่งกันและกันในการแก้ปัญหาเดียวกัน แต่มีจุดแข็งที่แตกต่างกัน

Randomness Amplification ของ ETH Zurich เริ่มต้นจากความสุ่มที่อ่อนแอและเป็นสาธารณะจำนวนมหาศาล แล้วกรองให้เหลือความสุ่มที่สมบูรณ์แบบในปริมาณที่น้อยลง เทคนิคนี้เป็นแบบ Device-Independent หรือ "ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์": การรับประกันทางคณิตศาสตร์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเชื่อใจในฮาร์ดแวร์ ทำให้มันแข็งแกร่งแม้ผู้ผลิตอุปกรณ์จะมีเจตนาร้าย มันแก้ปัญหาเชิงพื้นฐานที่ยากกว่า นั่นคือคุณไม่จำเป็นต้องมี Seed ที่สมบูรณ์แบบและเชื่อถือได้เลยตั้งแต่แรก

Randomness Expansion ของ JPMorgan ซึ่งอ้างอิงจากโปรโตคอลที่เสนอโดย Scott Aaronson ในปี 2018 นั้น ใช้ Seed ที่สุ่มและเชื่อถือได้เพียงสั้นๆ จากนั้นก็ขยายมันให้กลายเป็นข้อมูลเอาต์พุตที่ผ่านการรับรองจำนวนมหาศาล การทดลองใช้โปรเซสเซอร์ Quantinuum H2 ที่รัน Random Circuit Sampling และตรวจสอบแบบดั้งเดิมด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์ระดับ Exascale เพื่อรับรองเอนโทรปีอย่างน้อย 71,313 บิต การรับประกันนั้น "แข็งแกร่งต่อศัตรู" (Adversarially Robust) นั่นคือปลอดภัยแม้เจอคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ถูกควบคุมโดยผู้ไม่หวังดี แต่โปรโตคอลนี้ยังต้องพึ่งพา Seed ที่เชื่อถือได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่แนวทางของ ETH Zurich ไม่จำเป็นต้องใช้

ทั้งสองวิธีนี้ตอบโจทย์สถานการณ์การใช้งานจริงที่แตกต่างกัน วิธีการของ JPMorgan ผลิตบิตสุ่มได้มากกว่ามาก และใกล้เคียงกับการผนวกรวมเข้ากับโครงสร้างพื้นฐานคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีอยู่ ในขณะที่วิธีการของ ETH Zurich แก้ปัญหาเรื่อง Seed ได้ในระดับรากฐานที่ลึกซึ้งกว่า โดยพิสูจน์ให้เห็นว่าเราสามารถดึงความสุ่มที่สมบูรณ์แบบออกมาจากโลกที่ไร้ซึ่งความสุ่มที่เชื่อถือได้ตั้งแต่แรก

ทั้งสองวิธียังไม่ใช่สิ่งที่สามารถนำมาทดแทนเครื่องกำเนิดเลขสุ่มมาตรฐานในระบบการทำงานจริงได้ทันที แต่เมื่อนำมารวมกัน มันได้วาดเส้นทางจากความสุ่มเชิงสถิติที่พิสูจน์ไม่ได้—ซึ่งมักจะทิ้ง "ร่องรอยของความเคลือบแคลงใจ" ไว้เสมอในบริบทความปลอดภัยสูง—ไปสู่การรับประกันที่พิสูจน์ได้ทางคณิตศาสตร์ ความท้าทายต่อไปคือการพัฒนาทางวิศวกรรมต้นแบบเหล่านี้ให้เป็นฮาร์ดแวร์และโปรโตคอลที่ทำงานได้ในระดับใหญ่ โดยไม่สูญเสียการรับประกันเหล่านั้นไป