Original Title: Overview of Quantum Info-Communications and Research Activities in NICT
Source: www.nict.go.jp
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ទិដ្ឋភាពទូទៅនៃព័ត៌មានវិទ្យា-ទូរគមនាគមន៍កង់ទិច និងសកម្មភាពស្រាវជ្រាវនៅក្នុងវិទ្យាស្ថាន NICT

ចំណងជើងដើម៖ Overview of Quantum Info-Communications and Research Activities in NICT

អ្នកនិពន្ធ៖ SASAKI Masahide (NICT)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2006, Journal of the National Institute of Information and Communications Technology Vol.53 No.3

វិស័យសិក្សា៖ Quantum Information Technology

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ប្រព័ន្ធទូរគមនាគមន៍អុបទិកបច្ចុប្បន្ននឹងឈានដល់ដែនកំណត់នៃល្បឿនបញ្ជូនទិន្នន័យដោយសារការរំខានរបស់កង់ទិច (Shot noise) និងប្រឈមនឹងការគំរាមកំហែងផ្នែកសន្តិសុខពីកុំព្យូទ័រកង់ទិចដែលទាមទារឱ្យមានប្រព័ន្ធការពារថ្មី។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ អត្ថបទនេះធ្វើការត្រួតពិនិត្យនិងបង្ហាញពីវឌ្ឍនភាពនៃការស្រាវជ្រាវរបស់វិទ្យាស្ថាន NICT លើបច្ចេកវិទ្យាព័ត៌មានវិទ្យានិងទូរគមនាគមន៍កង់ទិច ដើម្បីឈានទៅរកការអនុវត្តជាក់ស្តែង។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Classical Optical Communication (Direct Detection/Homodyne)
ទូរគមនាគមន៍អុបទិកបុរាណ (ការចាប់សញ្ញាផ្ទាល់/Homodyne)
ជាបច្ចេកវិទ្យាដែលមានស្រាប់ និងកំពុងប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយសម្រាប់ការបញ្ជូនទិន្នន័យបច្ចុប្បន្ន។ ជិតឈានដល់ដែនកំណត់នៃល្បឿនបញ្ជូនដោយសារការរំខានរបស់កង់ទិច (Shot noise limit) និងងាយរងគ្រោះក្នុងការលួចស្តាប់។ អាចកែលម្អភាពញាប់ញ័រនៃការទទួលសញ្ញាបានត្រឹមតែ 20 dB ធៀបនឹងវិធីសាស្ត្រចាប់សញ្ញាផ្ទាល់ធម្មតា។
Quantum Key Distribution (QKD)
ការចែកចាយសោរកង់ទិច
ផ្តល់សុវត្ថិភាពខ្ពស់បំផុត (Unconditional security) ដែលមិនអាចបំបែកបាន សូម្បីតែពីកុំព្យូទ័រកង់ទិច។ រកឃើញការលួចស្តាប់ភ្លាមៗ។ ទាមទារឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាហ្វូតុង (Photon detector) កម្រិតខ្ពស់ និងមានដែនកំណត់ចម្ងាយ (បច្ចុប្បន្នប្រហែល 200km ត្រូវការរ៉ាដាបន្តសញ្ញា Quantum repeater)។ បង្កើតសោរបានជាប់លាប់ក្នុងល្បឿន 13 kbps លើចម្ងាយ 96km (តាមខ្សែកាប) និង 16km (តាមខ្សែអាកាស)។
Quantum Coding (Quantum-collective measurement)
ការបំប្លែងកូដកង់ទិច និងការវាស់វែងសមូហភាព
អាចបង្កើនសមត្ថភាពបញ្ជូនទិន្នន័យបានទ្វេដង ឬលើសពីនេះ (Super-additive gain) ដោយឆ្លងកាត់ដែនកំណត់នៃប្រព័ន្ធបុរាណ។ នៅតែស្ថិតក្នុងដំណាក់កាលស្រាវជ្រាវទ្រឹស្តីខ្លាំង និងទាមទារអត្រាគណនាកង់ទិចអុបទិកដ៏ស្មុគស្មាញ។ អាចទាញយកព័ត៌មានបានច្រើនជាងពីរដងបើប្រៀបធៀបនឹងការវាស់វែង និងបំប្លែងកូដបែបបុរាណនៅពេលធនធានទូរគមនាគមន៍កើនឡើងទ្វេដង។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការអនុវត្តបច្ចេកវិទ្យាព័ត៌មានវិទ្យា-ទូរគមនាគមន៍កង់ទិច ទាមទារនូវធនធានផ្នែករឹងកម្រិតខ្ពស់ដែលមានតម្លៃថ្លៃ និងបរិស្ថានពិសោធន៍ច្បាស់លាស់។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះផ្អែកលើលទ្ធផលស្រាវជ្រាវនិងការធ្វើតេស្តសាកល្បងរបស់វិទ្យាស្ថាន NICT នៅក្នុងប្រទេសជប៉ុន លើហេដ្ឋារចនាសម្ព័ន្ធខ្សែកាបអុបទិក JGN-II។ វាមិនមានទិន្នន័យពាក់ព័ន្ធនឹងប្រជាសាស្ត្រនោះទេ ប៉ុន្តែវាពឹងផ្អែកទាំងស្រុងលើបរិបទបច្ចេកវិទ្យាប្រទេសអភិវឌ្ឍន៍។ សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា ការខ្វះខាតហេដ្ឋារចនាសម្ព័ន្ធស្រាវជ្រាវស្រដៀងគ្នានេះ ជាឧបសគ្គធំក្នុងការអនុវត្តផ្ទាល់ ប៉ុន្តែវាជាមូលដ្ឋានគ្រឹះដ៏សំខាន់សម្រាប់ការត្រៀមខ្លួននាពេលអនាគត។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

ទោះបីជាបច្ចេកវិទ្យានេះនៅថ្មី និងមានតម្លៃថ្លៃ ប៉ុន្តែវាមានសារៈសំខាន់ខ្លាំងសម្រាប់អនាគតនៃសន្តិសុខទូរគមនាគមន៍ និងការការពារទិន្នន័យជាតិនៅកម្ពុជា។

សរុបមក ការជំរុញការអប់រំនិងស្រាវជ្រាវបឋមលើបច្ចេកវិទ្យាកង់ទិចនៅតាមសាកលវិទ្យាល័យកម្ពុជា នឹងជួយឱ្យកម្ពុជាមានធនធានមនុស្សត្រៀមខ្លួនជាស្រេច នៅពេលដែលពិភពលោកផ្លាស់ប្តូរទៅរកស្តង់ដារសន្តិសុខកង់ទិចសកល។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃរូបវិទ្យាកង់ទិច និងអុបទិក (Quantum Mechanics & Optics): និស្សិតគួរតែចាប់ផ្តើមពីរូបវិទ្យាគ្រឹះ ហើយប្រើប្រាស់ធនធានដូចជា IBM QiskitMicrosoft Quantum Development Kit ដើម្បីយល់ពីគោលការណ៍ Qubits, Superposition និង Quantum circuits តាមរយៈការសរសេរកូដជាក់ស្តែង។
  2. ស្វែងយល់ និងក្លែងធ្វើប្រព័ន្ធ Quantum Cryptography (QKD): សិក្សាពីប្រូតូកូល BB84 ដែលរៀបរាប់ក្នុងឯកសារនេះ និងប្រើប្រាស់កម្មវិធី NetSquid ដើម្បីធ្វើការក្លែងធ្វើ (Simulate) ការតភ្ជាប់បណ្តាញ QKD និងមើលពីរបៀបដែលប្រព័ន្ធការពារការលួចស្តាប់។
  3. វិភាគប្រព័ន្ធខ្សែកាបអុបទិក និងការរំខាន (Fiber Optics & Noise): សិក្សាពីរបៀបដែលទិន្នន័យបញ្ជូនតាមខ្សែកាបអុបទិក និងស្វែងយល់ពី Shot noise limits។ និស្សិតអាចប្រើប្រាស់កម្មវិធី OptiSystem សម្រាប់ការវិភាគនិងក្លែងធ្វើដំណើរការបាត់បង់សញ្ញា (Attenuation) នៅក្នុងបណ្តាញ។
  4. ផ្តួចផ្តើមគម្រោងស្រាវជ្រាវខ្នាតតូចនៅសាកលវិទ្យាល័យ: បង្កើតក្រុមស្រាវជ្រាវ (Research Club) ដើម្បីសិក្សាពីលទ្ធភាពនៃការធ្វើតេស្ត Free-space quantum communication (ការបញ្ជូនពន្លឺតាមអាកាស) ចម្ងាយខ្លីនៅក្នុងបរិវេណសាលា ដោយប្រើប្រាស់ Lasers ធម្មតា និងឧបករណ៍ Avalanche Photo-Diodes (APD) តម្លៃសមរម្យ។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Qubit ឯកតាតូចបំផុតនៃព័ត៌មានកង់ទិច ដែលអាចមានតម្លៃ 0, 1 ឬទាំង 0 និង 1 ក្នុងពេលតែមួយ (superposition) ដែលខុសពីប៊ីត (bit) របស់កុំព្យូទ័រធម្មតាដែលមានតម្លៃតែមួយគត់ក្នុងពេលតែមួយ។ ដូចជាកាក់ដែលកំពុងវិលនៅលើតុ ដែលយើងមិនទាន់ដឹងច្បាស់ថាវាចេញក្បាល ឬប៉ះ វានៅមានលទ្ធភាពទាំងពីរក្នុងពេលតែមួយរហូតដល់យើងយកដៃទៅចាប់វា។
Quantum entanglement បាតុភូតរូបវិទ្យាដែលភាគល្អិតកង់ទិច (ដូចជាហ្វូតុង) ពីរឬច្រើន មានទំនាក់ទំនងគ្នាយ៉ាងស្អិតរមួត ទោះបីជានៅឆ្ងាយពីគ្នាយ៉ាងណាក៏ដោយ។ បើមានការប្រែប្រួលស្ថានភាពលើភាគល្អិតមួយ វានឹងជះឥទ្ធិពលភ្លាមៗដល់ភាគល្អិតមួយទៀត។ ដូចជាកូនភ្លោះវេទមន្តពីរនាក់ ទោះនៅឆ្ងាយពីគ្នារាប់ពាន់គីឡូម៉ែត្រក៏ដោយ បើម្នាក់ញញឹម ម្នាក់ទៀតក៏ញញឹមតាមដោយស្វ័យប្រវត្តិក្នុងពេលតែមួយ។
Quantum teleportation វិធីសាស្ត្រនៃការបញ្ជូនស្ថានភាពកង់ទិច (Quantum state) ពីទីតាំងមួយទៅទីតាំងមួយទៀតដោយមិនបាច់បញ្ជូនភាគល្អិតនោះផ្ទាល់ ដោយប្រើប្រាស់បាតុភូត Quantum entanglement និងការវាស់វែងបែបបុរាណ។ ដូចជាការបញ្ជូនឯកសារតាមរយៈម៉ាស៊ីន Fax ប៉ុន្តែអ្វីដែលទទួលបាននៅចុងម្ខាងទៀតមិនមែនត្រឹមតែជារូបភាពថតចម្លងទេ តែជាការបង្កើតវត្ថុដើមនោះឡើងវិញទាំងស្រុង។
Squeezed light ស្ថានភាពនៃពន្លឺដែលត្រូវបានគេគ្រប់គ្រងរំញ័រកង់ទិច (Quantum fluctuation) ឱ្យមានកម្រិតទាបបំផុតនៅមុំ ឬហ្វាស (Phase) ជាក់លាក់ណាមួយ ដើម្បីអនុញ្ញាតឱ្យមានការវាស់វែងច្បាស់លាស់បំផុតលើសពីដែនកំណត់ធម្មតា។ ដូចជាការច្របាច់ប៉េងប៉ោងទឹក បើយើងច្របាច់ផ្នែកម្ខាងឱ្យតូច (បន្ថយភាពញាប់ញ័រ) ផ្នែកម្ខាងទៀតនឹងប៉ោងឡើង ប៉ុន្តែវាជួយឱ្យយើងអាចវាស់ផ្នែកដែលតូចនោះបានយ៉ាងច្បាស់។
Superposition principle គោលការណ៍គ្រឹះនៃរូបវិទ្យាកង់ទិចដែលចែងថា ប្រព័ន្ធកង់ទិចមួយអាចស្ថិតនៅក្នុងស្ថានភាពច្រើនក្នុងពេលតែមួយ រហូតទាល់តែមានការវាស់វែង ឬការសង្កេតកើតឡើងទើបវាសម្រេចជ្រើសរើសស្ថានភាពតែមួយចុងក្រោយ។ ដូចជាអ្នកកំពុងឈរនៅផ្លូវបំបែករាងអក្សរ Y ហើយមានសមត្ថភាពដើរចូលផ្លូវទាំងពីរក្នុងពេលតែមួយ រហូតដល់មានគេថតរូបអ្នក ទើបឃើញអ្នកនៅផ្លូវណាមួយជាក់លាក់។
Photon-number resolving detector ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាពន្លឺដ៏មានភាពច្បាស់លាស់ខ្ពស់ ដែលអាចរាប់ចំនួនគ្រាប់ហ្វូតុង (ភាគល្អិតតូចបំផុតនៃពន្លឺ) ដែលមកដល់បានយ៉ាងពិតប្រាកដ ជាជាងគ្រាន់តែចាប់សញ្ញាថាមាន ឬគ្មានពន្លឺ។ ដូចជាអ្នកយាមទ្វារដ៏ពូកែដែលអាចរាប់ចំនួនមនុស្សដើរចូលបានយ៉ាងច្បាស់ (ម្នាក់ ពីរនាក់ បីនាក់) មិនមែនគ្រាន់តែប្រាប់ថា "មានមនុស្សដើរចូល" ឬ "គ្មានមនុស្ស" នោះទេ។
Shot noise limit ដែនកំណត់អប្បបរមានៃភាពញាប់ញ័រឬសម្លេងរំខាននៅក្នុងសញ្ញាពន្លឺ ដែលបណ្តាលមកពីធម្មជាតិនៃការបាញ់ភាគល្អិតដាច់ដោយឡែកៗរបស់ពន្លឺ (ហ្វូតុង) ហើយវាកំណត់សមត្ថភាពអតិបរមានៃការបញ្ជូនទិន្នន័យ។ ដូចជាសម្លេងគ្រាប់ភ្លៀងធ្លាក់លើដំបូលស័ង្កសី ទោះបីជាយើងព្យាយាមធ្វើឱ្យវាស្ងាត់យ៉ាងណាក៏ដោយ ក៏នៅតែមានសម្លេងរំខានបន្តិចបន្តួចពីតំណក់ទឹកនីមួយៗជានិច្ច។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖