ทฤษฎีควอนตัมและผลกระทบที่ตามมากับสถาบันการเงิน
ในโลกที่มีการแข่งขันมากมายและอย่างดุเดือด เราจำเป็นต้องมีการเรียนรู้และปรับตัวอยู่ตลอดเวลา โดยเฉพาะสายอาชีพใช้ความคิดที่ต้องรับมือกับไอเดียใหม่ๆ หรือสายเทคโนโลยีที่ต้องคอยศึกษางานวิจัยและนวัตกรรมอยู่ตลอดเพื่อติดตามหรือนำหน้าคู่แข่ง ยิ่งเมื่อพูดถึงเทคโนโลยีใหม่ศาสตร์ใหม่ที่เข้าถึงได้ยาก ถ้าไม่ได้อยู่ในวงการ ก็อาจจะพลาดโอกาสในการคิดวิธีรับมือจากผลกระทบที่เกิดขึ้นและอาจเกิดความเสียหายต่อองค์กรได้
วันนี้ผู้เขียนจึงจะมาพูดถึงประเด็นที่โด่งดังมาในช่วงหลายปีนี้กับ ทฤษฎีควอนตัม และผลกระทบที่จะเกิดขึ้นกับสถาบันการเงิน
ทฤษฎีควอนตัมคืออะไร
เป็นทฤษฎีที่ไว้ใช้อธิบายถึงปรากฏการณ์ในวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่าอะตอม โดยจุดเริ่มต้นของทฤษฎีนี้มาจากการที่นักวิทยาศาสตร์ต้องการหาคำอธิบายปรากฏการณ์ที่แสงมีสถานะเป็นได้ทั้งคลื่นและสสาร โดยอ้างอิงมาจากผลการทดลองที่พวกเขาได้ทำ
Double-Slit Experiment
Double-Slit Experiment เป็นหนึ่งตัวอย่างที่โด่งดัง จากผลการทดลองดังกล่าวทำให้ได้เห็นถึงพฤติกรรมของแสงที่มีได้สองสถานะ และแสดงถึงลักษณะของความน่าจะเป็นที่เป็นรากฐานของทฤษฎีควอนตัม
Schrödinger’s Cat
Schrödinger’s Cat เป็นอีกตัวอย่างสำคัญของพื้นฐานทฤษฎีควอนตัม จากวิดีโอด้านบน จะเห็นว่าชเรอดิงเงอร์ได้จำลองเหตุการณ์ขึ้นมาว่า ถ้าจับแมวใส่กล่องพร้อมกับอุปกรณ์ที่มีโอกาส 50% ในการปล่อยพิษเพื่อฆ่าแมว ผลลัพธ์ที่ได้ออกมามีอยู่สองแบบคือแมวรอดกับแมวตาย แต่ก่อนหน้าที่เราจะทำการดูผลการทดลอง แมวจะมีสถานะได้ทั้งเป็นและตาย กล่าวคือเราไม่อาจรู้ได้ว่าแมวมีสถานะอะไรจนกว่าจะทำการตรวจสอบผลลัพธ์ ซึ่งนี่คือพื้นฐานของทฤษฎีควอนตัมที่ว่าด้วยความน่าจะเป็นและสถานะที่เป็นไปได้ของผลลัพธ์
Quantum Entanglement
เมื่อพูดถึงโลกของควอนตัมแล้ว Quantum Entanglement เป็นอีกปรากฏการณ์ที่น่าสนใจ กล่าวคือเมื่ออนุภาคสองอันหรือมากกว่าเกิด Entangled เราจะสามารถรับรู้ถึงสถานะของอนุภาคซึ่งกันและกันได้ด้วยการตรวจสอบผลลัพธ์ของอนุภาคเพียงแค่หนึ่งตัว ซึ่งคุณสมบัตินี้เป็นหนึ่งส่วนสำคัญทำให้เกิดงานวิจัยต่างๆ ที่จะพูดถึงต่อไป
Quantum Computing
ถัดมาที่ต้องพูดถึงคือสิ่งที่รวบรวมคุณสมบัติข้างต้นมาใช้ให้เกิดประโยชน์ Quantum Computing เป็นศาสตร์ที่นำทฤษฎีควอนตัมมาใช้ในการคำนวณเพื่อแก้ปัญหาโจทย์ที่คอมพิวเตอร์อาจสามารถแก้ไขได้ หรือเรียกว่า Computational Problem เช่นปัญหา Traveling Salesman ที่ว่าด้วยการหาเส้นทางที่สั้นที่สุดที่จะเดินทางครบทุกเมืองโดยจะต้องไปเยือนแต่ละเมืองๆ ละ 1 ครั้งเท่านั้น เป็นต้น
การมีอยู่ของ Quantum Computer ทำให้โลกของการคำนวณเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก อีกทั้งยังมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องและรวดเร็วขึ้น เนื่องด้วยการแข่งขันของบริษัทยักษ์ใหญ่อย่าง Google หรือ IBM ที่เด่นดังด้านการค้นคว้างานวิจัย หรือบริษัทอย่าง D-Wave ที่เน้นพัฒนา Quantum Annealer เพื่อการ Optimization แทน ทำให้เห็นว่าตอนนี้ทั่วโลกเริ่มมีความสนใจในควอนตัมและผลกระทบที่จะเกิดขึ้นเมื่อมาถึงจุดที่สามารถนำทฤษฎีนี้ไปใช้ได้ในโลกจริง
ผลกระทบที่เกิดขึ้น
หลังจากการคิดค้นทฤษฎีควอนตัมและเกิดงานวิจัยมากมาย แล้วทฤษฎีควอนตัมส่งผลกระทบหรือเกิด Disruption อะไรกับสถาบันการเงินบ้าง
Security
เรื่องแรกคือระบบรักษาความปลอดภัย ไม่ใช่แค่กับสถาบันการเงินเพียงอย่างเดียว แต่จะเกิดขึ้นกับระบบที่ใช้การรักษาความปลอดภัยทางดิจิทัลรูปแบบ RSA หรือก็คือการทำ Public Key กับ Private Key นั่นเอง
เนื่องด้วยรูปแบบการทำงานของ RSA คือการหาจำนวนเฉพาะมาสองตัว p และ q แล้ว n คือส่วนหนึ่งของ Public Key โดยที่ n = p*q และ p กับ q เป็นส่วนหนึ่งใน Private Key
สิ่งที่เป็นผลพวงมาจากงานวิจัยของทฤษฎีควอนตัมคือ Shor’s Algorithm ซึ่งหลักการทำงานจะเป็นการใช้ประโยชน์จาก Quantum Fourier Transform และ Quantum Phase Estimation ในการแก้สมการผลคูณจำนวนเฉพาะ เพื่อหาตัวประกอบได้ กล่าวคือเราสามารถนำ Public Key มาแก้หา Private Key ได้นั่นเอง ดังนั้นการมีอยู่ของ Shor’s Algorithm ทำให้ RSA ที่ระบบทั่วโลกใช้จะไม่ปลอดภัยอีกต่อไป
Optimization
เรื่องต่อมาคือการทำ Optimization หรือเรียกว่าการเพิ่มประสิทธิภาพและการปรับให้เหมาะสม ความหมายจริงขึ้นอยู่กับเรื่องที่จะพูด เช่นการ Optimize เกมเพื่อให้เล่นได้ไม่สะดุด หรือการ Optimize ข้อมูลหรือฐานข้อมูลเพื่อเพิ่มความเร็วในการเข้าถึงและลบล้างข้อมูลเสีย เป็นต้น
คุณสมบัติในควอนตัมที่สามารถทำ Optimization ได้คือ Quantum Tunneling
กล่าวง่ายๆ คือคุณสมบัตินี้จะทำให้เราสามารถหาจุดที่ต่ำที่สุดของสมการที่ซับซ้อนได้ เราเรียกปัญหานี้ว่า Optimization Problem จากวิธีดั้งเดิมที่ใช้หลายขั้นตอนกว่าจะได้คำตอบออกมา ตั้งแต่การสุ่มหาค่าที่ต่ำที่สุดมาจากสมการแล้วดูว่าเป็น Local Minima หรือไม่ จากนั้นค่อยพิสูจน์ต่อไปว่าเป็น Global Minima แต่ด้วยเครื่อง Quantum Annealer เราจะสามารถใช้คุณสมบัติที่กล่าวมาได้
Quantum Annealer ของบริษัท D-Wave ที่กำลังพัฒนาอยู่นั้นได้ใช้สิ่งที่เรียกว่า Quantum Annealing ทำ Optimization ในเรื่องต่างๆ เช่น การทำ Traffic Flow Optimization เป็นต้น ซึ่งมีตัวอย่างให้เห็นแล้วที่สถาบันการเงินร่วมมือกับภาคเอกชนในการหาวิธีใช้งาน Quantum Annealing กับการ Optimize ตัว Portfolio Asset และกำลังเริ่มดำเนินการทำ Proof of Concept
สามารถดูงานวิจัย Traffic Flow Optimization ได้ที่
Frontiers | Traffic Flow Optimization Using a Quantum Annealer | ICT (frontiersin.org)สามารถอ่านได้เพิ่มเติมที่ Fujitsu and Spain’s Largest Bank to Collaborate Using Quantum Annealing Technology — The Qubit Report
ทดลองใช้งานได้ด้วย Qiskit ที่ Qiskit Finance documentation — Qiskit Finance 0.1.0 documentation
Search Algorithm
เรื่องสุดท้ายที่จะพูดถึงคือการค้นหาข้อมูล ในยุคสมัยที่เราต้องการหาข้อมูลจากฐานข้อมูลนับล้านอัน แล้วต้องการให้ได้ข้อมูลเร็วที่สุดเท่าที่จะทำได้นั้นเป็นสิ่งที่ต้องแลกมาด้วยอะไรหลายอย่าง เช่นเซิร์ฟเวอร์ที่ราคาแพง หรือการ Optimize ฐานข้อมูลบ่อยครั้งเพื่อให้ข้อมูลอยู่ในสภาพที่พร้อมใช้งานมากที่สุด กลายเป็นต้องแลกมาด้วยเวลาและทุนที่มหาศาล
งานวิจัยที่เป็นผลพวงมาจากการศึกษาทฤษฎีควอนตัมคือ Grover’s Algorithm ซึ่งเป็น Proof Of Concept คือเราสามารถใช้ Quantum Computer ในการค้นหาข้อมูลได้เร็วมากขึ้นกว่าวิธีเดิมที่มีทั้ง Worst Case ที่ต้องเปิดหาทั้งตารางจึงจะเจอ หรือ Average Case ที่หาเพียงครึ่งตาราง หรือ Best Case ที่หาเจอได้ในครั้งเดียว
เมื่อใช้ Grover’s Algorithm จะใช้เพียง √N รอบโดยประมาณ เช่น มีข้อมูลอยู่ 10,000 ตัว Grover’s Algorithm ใช้เพียง √10000 หรือ 100 ครั้งเท่านั้นในการหาผลลัพธ์ที่ต้องการ ซึ่งใช้เวลาน้อยกว่าเวลาเฉลี่ย (Average Time) ที่ใช้ถึง 5,000 ครั้งในการหาผลลัพธ์
วิธีการทำงานนี้จะใช้ประโยชน์จาก Amplitude Amplification ที่จะทำการเพิ่มความเป็นไปได้ที่ค่าที่เราต้องการออกมา และตัว Diffuser ที่ลดความเป็นไปได้ของค่าที่ไม่ต้องการ
จากที่ได้กล่าวมาทั้งหมดเป็นการยกตัวอย่างเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ยังมีงานวิจัยอีกมากมายที่ไม่ได้กล่าวถึงในบทความนี้ แต่ก็แสดงให้เห็นแล้วว่าการปรับใช้ทฤษฎีควอนตัมให้เข้ากับโลกจริงนั้นเพิ่งจะเริ่มต้น
ผู้ที่สนใจอยากจะลองใช้งาน Quantum Computer สามารถทดลองได้ทั้งบนเว็บไซต์หรือดาวน์โหลด Library มาใช้งานกับ Editor ของเราเองได้ โดยมีตัวเลือกให้ใช้งานได้หลากหลายตามลิสต์ด้านล่างนี้
- IBM Quantum ทดลองบนเว็บไซต์ของ IBM โดยใช้ Qiskit เป็น Library หลัก
- What is Quantum? (qiskit.org) ศึกษาการทำงานของควอนตัมจาก Qiskit
- Cirq | Google Quantum AI Library ของ Google ที่ใช้จำลองควอนตัม
- Installation and Getting Started — pyQuil 2.28.2 documentation (rigetti.com) Library ของ Rigetti Computing | Rigetti
- Applications | D-Wave Systems (dwavesys.com) งานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับ Quantum Annealing ของบริษัท D-Wave
สำหรับชาวเทคคนไหนที่สนใจเรื่องราวดีๆแบบนี้ หรืออยากเรียนรู้เกี่ยวกับ Product ใหม่ๆ ของ KBTG สามารถติดตามรายละเอียดกันได้ที่เว็บไซต์ www.kbtg.tech
