เจาะลึกความสำเร็จ QUI Framework เมื่อโปรแกรมเมอร์ไทยสร้างระบบจำลองฟิสิกส์ควอนตัมได้สำเร็จ

ลองจินตนาการถึงโลกที่เราต้องเขียนโค้ดเพื่อจำลองพฤติกรรมของอะตอม พลังงานควอนตัม หรือสสารที่มีความซับซ้อนมาก ๆ ในอดีตโปรแกรมเมอร์และนักวิทยาศาสตร์ต้องปวดหัวเพราะเครื่องมือที่ใช้จำลองเรื่องพวกนี้แยกออกจากกันอย่างสิ้นเชิง คนเขียนซอฟต์แวร์สายคอมพิวเตอร์ควอนตัมก็ใช้เครื่องมือหนึ่ง ส่วนคนคำนวณสายฟิสิกส์สสารก็ใช้ อีกเครื่องมือหนึ่ง ทำให้ซอฟต์แวร์คุยกันยากและทำงานซับซ้อน แต่ล่าสุดโครงการวิจัยสัญชาติไทยภายใต้ชื่อ QUI Framework ได้ทำสิ่งที่ยากมากให้ประสบความสำเร็จ นั่นคือการสร้างระบบที่สามารถจำลองและตรวจสอบปรากฏการณ์พื้นฐานทางฟิสิกส์ควอนตัมและสสารควบแน่นได้ครบถ้วนถึง 19 ปรากฏการณ์ในระบบเดียว และที่น่าทึ่งที่สุดคือ ในระหว่างการอัปเกรดระบบตัวซอฟต์แวร์ครั้งใหญ่ถึง 11 ครั้ง โค้ดของระบบนี้ไม่มีบั๊กย้อนกลับหรือข้อผิดพลาดเกิดขึ้นเลยแม้แต่จุดเดียว

หากลองมาดูสถิติหลังบ้านของระบบจำลองระดับลึกตัวนี้ โค้ดทั้งหมดถูกเขียนขึ้นมาประมาณ 31,000 บรรทัด ประกอบไปด้วยไฟล์ทำงาน 135 ไฟล์ ซึ่งถูกแบ่งกลุ่มออกเป็น 19 โมดูลหลัก ผ่านกระบวนการแก้โค้ดและการประชุมพัฒนารอบใหญ่ไป 21 ครั้ง สิ่งที่น่าภาคภูมิใจคือระบบนี้มีชุดทดสอบความถูกต้องอัตโนมัติถึง 251 ชุด และผลการทดสอบคือผ่านทั้งหมดร้อยเปอร์เซ็นต์เต็ม ซึ่งรวมถึงชุดทดสอบเคสที่ประมวลผลได้ช้าเป็นพิเศษอีก 12 ชุดด้วย เพื่อการันตีว่าซอฟต์แวร์นี้ทำงานได้แม่นยำจริง ๆ

ถ้าเราแกะกล่องดูโครงสร้างภายในของ QUI Framework ระบบจะแบ่งกลุ่มคำสั่งออกเป็นเฟสเพื่อให้โปรแกรมมิ่งทำได้อย่างเป็นระบบ โดยเริ่มจากกลุ่มรากฐานควอนตัมซึ่งครอบคลุม 7 ปรากฏการณ์พื้นฐาน เช่น การซ้อนทับกันของสถานะควอนตัม การพัวพันกัน การแทรกสอด ตลอดจนการวัดค่าและกฎห้ามคัดลอกสถานะควอนตัม ซึ่งทั้งหมดนี้ถูกเขียนและทดสอบในโมดูลที่ชื่อ qui_core และ qui_simon กลุ่มถัดมาคือระบบเปิดและอุณหพลศาสตร์ เป็นการจำลองว่าถ้าควอนตัมเจอความร้อนหรือสภาพแวดล้อมภายนอก ระบบจะสูญเสียสถานะอย่างไร โดยทดสอบผ่านโมดูล qui_decoherence และ qui_thermal อีกกลุ่มที่สำคัญมากคือเกจฟิสิกส์และพลศาสตร์สีของควอนตัม ซึ่งเป็นฟิสิกส์ระดับลึกมากที่ดูเรื่องแรงยึดเหนี่ยวในนิวเคลียส ตรวจสอบผ่านโมดูล qui_color และ qui_gauge โดยมีความแม่นยำในการคำนวณตัวเลขทศนิยมสูงมากชนิดที่แทบจะไม่มีค่าความผิดพลาดเลย ยิ่งไปกว่านั้น ระบบยังสามารถจำลองเรื่องการเปลี่ยนสถานะของสสาร การเคลื่อนที่ทะลุกำแพงของอนุภาค และโครงสร้างเชิงทอพอโลยีซึ่งเป็นพื้นฐานของการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตได้อีกด้วย

หากมองในมุมของสถาปัตยกรรมซอฟต์แวร์และการจัดการไฟล์ โค้ดทั้งหมดถูกระบุและจัดระเบียบโครงสร้างไดเรกทอรีอย่างชัดเจน เฟสแรกเน้นเรื่องคณิตศาสตร์ควอนตัมและการคำนวณพื้นฐาน มีโมดูลเด่น ๆ อย่าง qui_core ขนาดประมาณหนึ่งพันสองร้อยบรรทัด โมดูล qui_simon และ qui_shor ซึ่งยาวประมาณสองพันกว่าบรรทัด โดยโมดูลเหล่านี้เป็นฐานในการประมวลผลอัลกอริทึมที่ใช้ถอดรหัสควอนตัม เฟสต่อมาเน้นเรื่องอุณหภูมิและแบบจำลองความน่าจะเป็น และเฟสสุดท้ายคือส่วนที่เข้ามาเติมเต็มเรื่องฟิสิกส์ขั้นสูง เช่น การไหลและสถิติของอนุภาคโบลซอนและเฟอร์มิออน ซึ่งการออกแบบทั้งหมดนี้ยึดหลักสำคัญ 5 ประการ คือความแม่นยำทางคณิตศาสตร์ระดับหน่วยประมวลผล การวางโครงสร้างโค้ดแยกเป็นชั้น ๆ จากง่ายไปยากโดยไม่มีการเขียนโค้ดทางลัดที่มักง่าย การเขียนโค้ดไปพร้อมกับการทดสอบ การล็อกระบบไม่ให้เกิดบั๊กเก่าในทุกครั้งที่อัปเดต และการเขียนโค้ดที่โปร่งใสให้อ่านแล้วแกะสูตรฟิสิกส์ต้นฉบับออกมาได้ทันที

เคล็ดลับสำคัญที่ทำให้ซอฟต์แวร์ QUI Framework ทำงานได้ทรงพลังขนาดนี้ เกิดจากการสร้างสแต็กเทคโนโลยีใหม่ขึ้นมาสองตัว ตัวแรกคือภาษาโปรแกรมมิ่งชื่อ FL หรือ FieldLang เวอร์ชัน 11 ซึ่งเป็นภาษาที่ออกแบบมาเพื่อให้โปรแกรมเมอร์เขียนสมการฟิสิกส์ควอนตัมได้ง่ายในรูปแบบที่มนุษย์เข้าใจ แต่มีระบบตรวจสอบตัวแปรที่เข้มงวดมากเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดข้อผิดพลาดตอนทำงาน ภาษา FL นี้จะทำหน้าที่แปลงโค้ดฟิสิกส์ให้กลายเป็นไบต์โค้ด หรือโค้ดระดับล่างที่คอมพิวเตอร์เข้าใจได้ทันที ส่วนเทคโนโลยีตัวที่สองคือ WaveVM เวอร์ชัน 6 ซึ่งเป็นเอ็นจิ้นหรือตัวรันโค้ดระดับล่างที่ทำงานได้เร็วสุด ๆ มีระบบจัดการหน่วยความจำที่ยอดเยี่ยม และถูกล็อกเอาไว้ให้ควบคุมค่าคงที่ทางฟิสิกส์ให้อยู่ในเกณฑ์ที่ถูกต้องเสมอในระหว่างประมวลผล

บทสรุปความสำเร็จของโครงการ QUI Framework โดยฝีมือทีมวิจัยของ ORCA Multi System (Thailand) ในครั้งนี้ จึงเป็นการพิสูจน์ให้วงการซอฟต์แวร์เห็นว่า โปรแกรมเมอร์ไทยสามารถสร้างระบบจำลองที่ซับซ้อนระดับโลกได้สำเร็จ และทำให้เรามีแพลตฟอร์มที่เชื่อมต่อแบบจุดเดียวจบ (Unified API) ที่สามารถเขียนโค้ดจำลองตั้งแต่โปรแกรมควอนตัมพื้นฐาน ไปจนถึงการจำลองสสารขั้นสูงเพื่อเปิดประตูสู่งานวิจัยและนวัตกรรมใหม่ ๆ ในอนาคตต่อไป หากคุณเป็นโปรแกรมเมอร์ระดับเริ่มต้นหรือคนที่สนใจฟิสิกส์ควอนตัม สามารถเข้ามาศึกษา ติดตามอ่านบทความ และแลกเปลี่ยนไอเดียกับทีมวิจัยของเราที่ ORCA Multi System ได้เลยครับ

Mr. Nopparat Khundan

Head of QUI Research Division

ORCA Multi System (Thailand) Co., Ltd.

Quantum Unified Integrated (QUI) Framework

Research & Computational Physics Division