ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์

Quantum based Engineering and Signal Processing Research Group


กลุ่มวิจัยวิศวกรรมเชิงควอนตัมและการประมวลผลสัญญาณ
(Quantum based Engineering and Signal Processing Research Group)

ความเป็นมา

ในปัจจุบันกลศาสตร์ควอนตัมเข้ามามีบทบาทอย่างมาก ต่อวงการวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมและเทคโนโลยี จะเห็นได้จากสิ่งที่อยู่ใกล้ตัวคือ การจัดเก็บข้อมูล อุปกรณ์ที่เรารู้จักกันดีคือ อุปกรณ์ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ ซึ่งส่วนประกอบสำคัญของตัวอุปกรณ์ ก็คือหัวอ่านและเขียน โดยเฉพาะหัวอ่านนั้นปัจจุบันใช้เทคโนโลยีทางด้าน ฟิล์มบางที่ประกอบด้วยชั้นต่างๆของสารแม่เหล็กที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์แมกนีโตรีซิสแตนซ์ ความต้านทานของหัวอ่านจะเปลี่ยนแปลงไปตามสนามแม่เหล็กจากภายนอก กลไกที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นจากการใช้คุณลักษณะการสปินของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ผ่านแต่ละชั้นของฟิล์มบาง และคุณสมบัติของสารแม่เหล็กที่ประกอบขึ้นเป็นชั้นฟิล์มบาง องค์ความรู้ที่ใช้ในการอธิบายปรากฏการณ์นี้ล้วนมาจากวิชากลศาสตร์ควอนตัมทั้งสิ้น ซึ่งในปัจจุบันเรารู้จักกันในศาสตร์สาขาใหม่คือ สปินทรอนิกส์ เป็นองค์ความรู้ใหม่ที่ว่าด้วยการ จัดเรียงหรือมีการควบคุมการสปินของอิเล็กตรอน โดยใช้สนามแม่เหล็กและแสง ทำให้เกิดอุตสาหกรรมการผลิตฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟขึ้น โดยประเทศไทยเป็นศูนย์การผลิตฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟที่ใหญ่ที่สุดในโลก นอกจากหัวอ่านและเขียนเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญมากๆแล้ว การประมวลผลสัญญาณที่ได้หลังจากการเขียนและอ่านก็มีความสำคัญเช่นเดียวกัน เพื่อให้สามารถจัดเก็บข้อมูลและเรียกใช้ข้อมูลได้อย่างถูกต้องแม่นจำ มีความผิดพลาดน้อยที่สุด ดังนั้นกลุ่มนักวิจัยนี้ได้เล็งเห็นความสำคัญในการพัฒนาองค์ความรู้ทางด้านนี้ขึ้น โดยมีความร่วมมือและทำวิจัยร่วมกับบริษัทผู้ผลิตฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ เช่นบริษัทเวสเทิร์นดิจิตอล (ประเทศไทย) จำกัด และบริษัทซีเกท ประเทศไทย จำกัด นอกจากนั้นยังได้ดำเนินการวิจัยเพื่อพัฒนาแหล่งเก็บข้อมูลชนิดแม่เหล็กใหม่ๆ เช่น การศึกษาปรากฏการณ์ spin transfer torque เพื่อใช้ในการพัฒนาแหล่งเหล็กเก็บข้อมูลแบบ spin transfer torque magnetic RAM สำหรับในอนาคต โดยใช้ Density Functional Theory ในการจำลองภาพทางคณิตศาสตร์ของโครงสร้างแผ่นฟิล์มบาง อีกทั้งยังมีความร่วมมือในการวิจัยกับสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอนแห่งชาติ (องค์การมหาชน) จ. นครราชสีมา ในการใช้แสงซินโครตรอนศึกษาวัสดุระดับนาโน เป็นต้นรวมถึงการวิจัยเกียวกับ Quantum Computing and Information อีกด้วย เช่นการสื่อสารข้อมูลที่มีความปลอดภัยสูง

การสื่อสารข้อมูลที่มีความปลอดภัยสูง หรือที่เรียกว่าวิทยาการรหัสลับเชิงควอนตัมก็เป็นอีกศาสตร์หนึ่งที่อาศัยองค์ความรู้ด้านกลศาสตร์ควอนตัม เป็นการสื่อสารข้อมูลที่มีการเข้ารหัส เพื่อป้องกันการลักลอบดักจับข้อมูล การที่ผู้รับจะสามารถถอดรหัสและทำการแปลงรหัสข้อมูลให้กลับมาเป็นข้อมูลดั้งเดิมได้ ผู้รับจะต้องมีกุญแจเพื่อไขรหัสลับนั้น ดังนั้นระบบการส่งกุญแจลับผ่านทางระบบควอนตัมจึงถือว่ามีความสำคัญและมีปลอดภัยสูง เมื่อเทียบกับวิทยาการรหัสลับแบบดั้งเดิม เนื่องจากอาศัยของคุณสมบัติของกลศาสตร์ควอนตัมทำให้สามารถตรวจสอบระหว่างผู้รับและผู้ส่งได้ หากมีการลักลอบดักจับข้อมูลหรือเกิดมีการเปลี่ยนระหว่างทางเกิดขึ้น กลุ่มนักวิจัยกลุ่มนี้ก็ได้เล็งเห็นความสำคัญของการวิจัยในสาขานี้ และได้มีความร่วมมือกับห้องปฏิบัติการสื่อสารเชิงแสงและควอนตัม ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ NECTEC สวทช. ในการทำวิจัยร่วมเกี่ยวกับวิทยาการรหัสลับเชิงควอนตัม

นอกจากนี้ทางกลุ่มนักวิจัยยังได้พัฒนาและวิจัยในด้านอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับวิศวกรรมและเทคโนโลยีที่มีพื้นฐานบนกลศาสตร์และการประมวลผลข้อมูล เช่นการสื่อสารแบบไร้สาย การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ทางด้านสปินทรอนิกส์ และการศึกษาเกี่ยวกับทัศนศาสตร์เชิงควอนตัมและระดับใกล้ (Quantum Optics and Near Field Optics)

วัตถุประสงค์

  1. เป็นศูนย์กลางของนักวิจัย ทางด้านการเข้ารหัสลับเชิงควอนตัม (Quantum Cryptography) ด้านการสื่อสารเชิงแสงแบบโฟตอนเดี่ยวบนเส้นใยแก้วนำแสง รวมถึงการรักษาความปลอดภัยในการสื่อสารแบบเครือข่าย (Network Security) นอกจากนั้นยังรวมไปถึงเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่เกี่ยวข้องกับระบบการรักษาความปลอดภัยของการสื่อสารข้อมูล ทำให้เกิดงานวิจัยให้กับประเทศ และเป็นหน่วยวิจัยเฉพาะทางที่มีศักยภาพในการวิจัยเทียบเท่ามาตรฐานสากล นอกจากนี้หน่วยวิจัยได้สร้างอุปกรณ์ต้นแบบที่ใช้ในการทำวิจัย ซึ่งเป็นการลดต้นทุนในการนำเข้าอุปกรณ์จากต่างประเทศ และมีอุปกรณ์วิจัยที่มีคุณภาพสูง มีทุนสนับสนุนจากสภาวิจัยแห่งชาติ ทุนสนับสนุนจากศูนย์อิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ และสำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย จึงทำให้หน่วยวิจัยเฉพาะทางสามารถที่จะดำเนินงานไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ

  2. เป็นศูนย์กลางของนักวิจัย ทางด้านสปินทรอนิกส์ รวมไปถึงด้านการคำนวณและสารสนเทศทางควอนตัม และการประมวลผลสัญญาณ ด้วยประเทศไทยเป็นศูนย์การผลิตฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟที่ใหญ่มี่สุดในโลก ดังนั้นการพัฒนาศักยภาพด้านนี้จึงมีความสำคัญอย่างมากต่อการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตและออกแบบแหล่งเก็บข้อมูลเชิงแม่เหล็กและชนิดใหม่ๆ เป็นการช่วยและไม่ต้องพึ่งพานักวิจัยจากภายนอกประเทศ และสามารถช่วยเหลือและแก้ปัญหาให้กับโรงงานผลิตฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ เมื่อเกิดปัญหาต่างๆขึ้น

  3. ยกระดับงานวิจัยไทย ให้เข้าสู่มาตรฐานสากล  โดยองค์ ความรู้ที่ได้จากงานวิจัยภายในกลุ่มถูกเผยแพร่ในวารสารวิจัยทั้งในประเทศและต่างประเทศที่มีคุณภาพสูง

  4. ถ่ายทอดเทคโนโลยีด้านการเข้าระหัสลับเชิงควอนตัม ด้านการคำนวณและสารสนเทศเชิงควอนตัม ให้กับบุคลากรในภาคการศึกษา (ผลิตบัณฑิตทั้งในระดับปริญญาตรีจนถึงระดับปริญญาเอก) และภาคอุตสาหกรรม โดยใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่ ที่สามารถผลิตขึ้นเองได้ในประเทศไทยและมีมาตรฐานของผลผลิต ในระดับสากลที่สามารถแข่งขันในตลาดโลกได้

  5. สร้างอุปกรณ์ที่มีคุณภาพ ราคาถูก ได้ภายในประเทศไทย และเป็นผลงานที่สามารถ ยื่นขอจดสิทธิบัตรได้

  6. เนื่องจาก กลุ่มนักวิจัยมีความร่วมมือและมีความสัมพันธ์กันเป็นอย่างดีอยู่แล้วกับองค์กรวิจัยที่มีคุณภาพสูงในต่างประเทศ ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างสูงในการแลกเปลี่ยนข้อมูลการวิจัย และเครื่องมือวิจัย และการเชื่อมความสัมพันธ์ระหว่างประเทศไทยกับประเทศนั้นๆ ในโครงการอื่นๆ

เป้าหมายของศูนย์ฯ

  1. สร้างองค์ความรู้ใหม่ทางด้านวิศวกรรมเชิงควอนตัมและการประมวลผลสัญญาณ
  2. สร้างบุคลากรที่มีความเชี่ยวชาญทางด้านวิศวกรรมเชิงควอนตัมและการประมวลผลสัญญาณทั้งระดับปริญญาตรี โท และเอก รวมถึงหลังปริญญาเอก
  3. ผลงานวิชาการที่สามารถตีพิมพ์ ในระดับชาติและนานาชาติ
  4. ผลงานและเครื่องต้นแบบ รวมถึงระบบ ที่สามารถจดสิทธิบัตร
  5. การถ่ายทอดองค์ความรู้ และเทคโนโลยีทางด้านวิศวกรรมเชิงควอนตัม และการประมวลผลสัญญาณ