Что такое квантовая финансовая система? [Простой обзор]

Квантовые финансы - это отрасль эконофизики, неоднозначная междисциплинарная область исследований, которая включает применение теорий и методов для решения сложных экономических проблем.

Внедрение квантовой технологии для решения финансовых проблем - особенно тех, которые связаны с нелинейной динамикой, неопределенностью или случайными процессами - может быть чрезвычайно полезным для первопроходцев. Более быстрая реакция на волатильность рынка, более точный анализ рисков и использование поведенческих данных для улучшения взаимодействия с клиентами - вот некоторые из конкретных преимуществ, которые квантовые вычисления могут предоставить в ближайшие десятилетия.

Если вам интересно, может ли квантовая финансовая система быть реальной, то ответ - да. Некоторым это может показаться научной фантастикой, но это настоящая технология.

Фактически, концепция внедрения квантовых денег была введена в 1970 году физиком-исследователем Стивеном Визнером. Однако он оставался неопубликованным до 1983 года, а в 2013 году был изобретен практический способ его разработки (с использованием методов полуопределенного программирования).

Сегодня основная цель квантовой финансовой системы - обеспечить последовательную целостность движения средств, точно оценить неопределенность финансовых моделей и устранить недостатки центральной банковской системы.

Текущая финансовая система

Финансовый мир сильно изменился за последние 50 лет. Не так давно самый распространенный способ оплаты при покупке - это наличные. Теперь у нас много вариантов. Используйте дебетовую / кредитную карту или платите с помощью приложения или кошелька с криптовалютой на своем смартфоне. Выбор за вами.

Сегодня 30 крупнейших банков мира управляют более чем 55 триллионами долларов в совокупности. По данным Ассоциации индустрии ценных бумаг и финансовых рынков, размер рынка облигаций превышает 119 триллионов долларов во всем мире и 46 триллионов долларов для рынка США.

На этом сложном рынке ежесекундно выполняется огромное количество операций по предоставлению финансовых услуг (от ценообразования ценных бумаг до анализа рисков). Каждое мероприятие требует способности оценивать краткосрочные и долгосрочные результаты.

Для этого финансовые учреждения используют передовые алгоритмы и модели машинного обучения, которые измеряют статистические вероятности. Однако эти модели не совсем точны - все мы видели, что произошло во время финансового кризиса 2008 года.

Современные технологии все еще нуждаются во многих отношениях, чтобы выполнить обещания. Таким образом, несколько финансовых компаний тестируют новые процессоры, которые используют законы квантовой физики для обработки огромных объемов данных с беспрецедентной скоростью. Возможности безграничны.

Чем могут помочь квантовые вычисления?

Квантовые машины могут революционизировать отрасли, требующие огромных вычислительных мощностей, включая открытие новых лекарств, расширение возможностей глубоких нейронных сетей, моделирование финансовых рынков и разработку безопасного способа связи (квантовый Интернет). В этой статье мы сосредоточились на том, как квантовые компьютеры могут улучшить существующие финансовые системы.

Банковский сектор, небанковские финансовые компании, хедж-фонды и другие финансовые учреждения имеют дело с очень конфиденциальными данными, такими как транзакции клиентов и контракты. Эти данные должны оставаться конфиденциальными и безопасными в течение длительного периода времени.

Большинство банковских операций, таких как ценообразование на безопасность, связаны с высокой степенью вычислительной сложности. В случае ценообразования опционов возникает дополнительная сложность из-за необходимости реагировать на быстро меняющиеся рынки.

Таким образом, финансовые учреждения всегда ищут способы эффективно определять цену опционов на акции, сохраняя при этом данные клиентов в безопасности. Исследование показало, что квантовые вычисления обладают огромным потенциалом для решения таких критических финансовых проблем.

Когда дело доходит до моделирования квантовой механики и других алгоритмов, таких как алгоритм Гровера для квантового поиска и алгоритм Шора для факторизации, квантовые компьютеры могут легко превзойти классические компьютеры.

Основы квантовых вычислений

Принцип работы квантовых компьютеров основан на квантовой физике, которая показывает, что определенные свойства частиц остаются в двух разных состояниях или в любой комбинации двух состояний в любой момент времени. В отличие от классических компьютеров, которые работают с дуалистическими системами обработки (0 и 1), квантовые машины могут одновременно иметь 0 и 1 или смесь 0 и 1.

Поскольку квантовая система может существовать в нескольких состояниях в одно и то же время (это явление называется суперпозицией), она может выполнять гораздо более сложные задачи, выходящие за рамки классических суперкомпьютеров. Это открывает широкие вычислительные возможности.

Результаты квантовых вычислений также отличаются от их двоичных аналогов. Они вероятностные (а не детерминированные), что означает, что выходные данные могут отличаться, даже если входные данные остаются прежними. Таким образом, одно и то же вычисление необходимо выполнить несколько раз, чтобы убедиться, что его результаты сходятся к среднему значению.

В то время как классические компьютеры работают с битами, основная единица квантовой информации называется кубитом (или квантовым битом). Он может быть сконструирован в виде фотонов, электронов или ядер. Примеры включают поляризацию фотона, в которой два состояния могут быть «горизонтальной поляризацией» и «вертикальной поляризацией»; или спин электрона, в котором два состояния могут быть «вращением вверх» и «спином вниз».

Согласно квантовым законам, кубит может находиться в когерентной суперпозиции обоих состояний одновременно. Например, двухкубитный квантовый компьютер может иметь состояния '00 ’’ 01 ’’ 10 ’’ 11 ’. Классическому компьютеру для этого потребуется 4 бита.

Точно так же 3 кубита могут быть такими же, как 8 двоичных бит, 4 кубита могут быть такими же, как 16 бит, 5 кубитов, как 32, 6 кубитов, как 64, и так далее. Чтобы представить это в перспективе, система из 300 кубитов может иметь больше состояний, чем общее количество атомов во Вселенной. Даже самый мощный классический суперкомпьютер никогда не сможет обработать такой объем данных.

Вот почему финансовые учреждения проявляют большой интерес к квантовым вычислениям. Хотя ни одна квантовая машина еще не является достаточно продвинутой, чтобы выполнять задачи, которые не может выполнить классический компьютер, в настоящее время наблюдается большой прогресс.

Прочтите:22 самых интересных факта о квантовых компьютерах

Система квантовых денег

В стандартной модели банковского дела деньги признаются в трех различных формах:товарные деньги, бумажные деньги и фидуциарные деньги.

Мы также наблюдаем рост криптовалют за последнее десятилетие, но пока он не получил широкого признания. Это цифровая платежная система, у которой нет центрального органа выдачи или регулирования. Вместо этого он основан на распределенном публичном реестре, известном как блокчейн, записи всех транзакций, проводимых держателями валюты.

Квантовые деньги выводят вещи на новый уровень. Он применяет квантовый криптографический протокол для генерации и проверки валют. Поскольку произвольные квантовые состояния невозможно полностью скопировать, невозможно подделать квантовые деньги.

Идея прекрасно выглядит на бумаге, но не реализуема с помощью современных технологий. Это связано с тем, что квантовые деньги требуют хранения произвольных квантовых состояний в квантовой памяти, квантово-механической версии обычной компьютерной памяти.

Хотя годы исследований и экспериментов позволили квантовой памяти хранить кубиты, она может делать это только в течение очень короткого времени. Многие исследовательские институты по всему миру работают над новыми материалами, чтобы создать воспоминания, которые могли бы хранить квантовую информацию, переносимую светом.

Преимущества квантовой финансовой системы

В то время как для удвоения мощности обычного компьютера требуется примерно в два раза больше транзисторов, работающих над задачей, мощность квантового компьютера можно увеличить вдвое, добавив только один кубит. Следовательно, это может быть значительно выгодно для первопроходцев.

Квантовые вычисления могут позволить финансовым учреждениям решать очень специфические бизнес-задачи и реконструировать некоторые операционные процессы в следующем десятилетии.

Таргетинг на клиентов и моделирование прогнозов :Квантовые компьютеры исключительно хороши в обнаружении скрытых закономерностей в сложных структурах данных, выполнении классификации и точных прогнозов.

Обнаружение мошенничества :Финансовые учреждения ежегодно теряют 20-45 миллиардов долларов дохода из-за мошенничества и плохой практики управления услугами. Существующие системы обнаружения мошенничества не так надежны. Они возвращают 80% ложных срабатываний, из-за чего банковский сектор большую часть времени находится под угрозой.
Квантовые вычисления могут дать определенное преимущество в борьбе с мошенничеством с платежами. Сила экспоненциальной скорости, полученная за счет квантовой суперпозиции и запутанности, может помочь переоценить различные возможные решения для оптимизации алгоритмов обнаружения мошенничества.

Управление клиентами :Квантовые вычисления могут идеально оптимизировать процессы и помочь персоналу сделать обслуживание клиентов безупречным.

Управление портфелем :Квантовые вычисления могут ускорить модели ценообразования активов и улучшить производительность. Он может выполнять множество оптимизационных расчетов за очень короткое время без необходимости использования приближений.

Его возможности комбинаторной оптимизации могут помочь инвесторам улучшить диверсификацию портфеля, перебалансировать портфельные инвестиции в соответствии с рыночными условиями и конечными целями, а также эффективно оптимизировать процессы торговых расчетов.

Последние изменения в квантовых финансах

Прогресс, достигнутый за последние 10 лет в направлении квантового превосходства, доказывает, что квантовые компьютеры более способны решать некоторые специфические проблемы, чем любые обычные компьютеры.

Например, в 2014 году группа исследователей из Нидерландов использовала возможности квантовой механики для разработки метода защиты от мошенничества для аутентификации кредитной / дебетовой карты, который практически невозможно помешать.

В 2018 году канадские исследователи опубликовали квантовый алгоритм ценообразования по методу Монте-Карло для производных финансовых инструментов, демонстрирующий метод создания соответствующих распределений вероятностей в квантовой суперпозиции и метод извлечения цены производных финансовых инструментов с помощью квантовых измерений.

В 2020 году Дэвид Оррелл предложил биномиальную модель ценообразования, основанную на квантовом блуждании, которую можно запустить непосредственно на квантовом устройстве. В том же году квантовые компьютеры D-Wave были использованы для решения задачи оптимизации портфеля. Результаты были многообещающими:производительность оборудования D-Wave (хотя и ограниченного размера) сопоставима со сверхбыстрыми классическими компьютерами.

В 2021 году группа исследователей разработала квантовые алгоритмы для часто статистической арбитражной торговли с использованием оценки числа условий с переменным временем и квантовой линейной регрессии.

Настоящее и будущее квантовых финансов

Технология квантовых вычислений еще не полностью развита. Фактически, большинство его преимуществ и приложений все еще концептуальны. Таким образом, у всего банковского сектора остается два выбора:

• Либо дождитесь появления технологии, либо реагируйте только тогда, когда обнаруживаются возможности или угрозы.
• Или начните подключаться к квантовому миру, определите варианты использования и интегрируйте решения квантовой безопасности.

Второй вариант кажется лучше. Многие инвестиционные банки и холдинговые компании, предоставляющие финансовые услуги, в том числе JPMorgan Chase, HSBC и Wells Fargo, уже начали вкладывать миллионы долларов в программы квантовых исследований и инноваций.

Большой объем исследовательских и инженерных работ был посвящен реализации квантовых алгоритмов со значительным полиномиальным ускорением в подпрограммах загрузки и обработки данных.

До сих пор не было изобретено никакого практического применения квантовых вычислений с экспоненциальным ускорением по сравнению с его классическим аналогом, но было предложено множество многообещающих моделей.

IBM, например, удалось упаковать 127 кубитов в свой собственный чип квантовых вычислений. В процессоре используется несколько слоев для размещения сигнальных проводов, которые позволяют точно считывать кубиты. Хотя этот метод широко используется в классических микросхемах, это огромное достижение в мире квантовых вычислений.

Ожидается, что к концу 2030 года квантовые компьютеры превзойдут возможности классических компьютеров. Технические гиганты, включая IBM и Google, работают над квантовыми машинами, которые могут хранить сотни квантовых битов. IBM конкретизировала свои устремления, выпустив план разработки квантовых компьютеров, который включает в себя цель разработки компьютера на 1000 кубитов.

Это окажет разрушительное воздействие на многие отрасли, особенно на финансы. Фактически, финансовый сектор считается первым сектором, который получит выгоду от квантовых вычислений в краткосрочной и долгосрочной перспективе.

Однако будущие достижения квантовых вычислений в банковских и финансовых учреждениях сопряжены с проблемами. Выявление проблем, которые могут быть эффективно решены квантовыми машинами, улучшение интерфейса для большей доступности, модернизация инфраструктуры в соответствии с этой технологией и расширение интереса к таким квантовым машинам за пределы элитной группы врачей и математиков - вот некоторые из задач в это поле, с которым нужно будет разобраться в ближайшем будущем.

В целом внедрение квантовых решений - это не краткосрочный процесс. Это не похоже на обновление программных систем, когда вы нажимаете кнопку и все готово. Это долгий путь, и он зависит не только от способности банковского сектора определять проблемы и настраивать инфраструктуру, но и от его способности вовлекать в этот процесс сотрудников и клиентов.

Часто задаваемые вопросы

Какие квантовые алгоритмы самые популярные?

Квантовый алгоритм - это пошаговая инструкция, в которой каждый шаг может быть выполнен на квантовом компьютере. Термин «квантовый» используется для тех алгоритмов, которые используют некоторые основные функции квантовых вычислений, такие как квантовая запутанность или квантовая суперпозиция.

Эти алгоритмы могут применяться в различных областях, включая поиск и оптимизацию, криптографию, решение линейных уравнений больших систем и моделирование квантовых систем. Пять самых популярных квантовых алгоритмов:

1. Алгоритм Шора :множители целых чисел за полиномиальное время
2. Алгоритм Гровера :может быстро решить проблемы неструктурированного поиска.
3. Алгоритм Саймона :решает конкретную проблему экспоненциально быстрее и с меньшим количеством запросов, чем лучший детерминированный классический алгоритм.
4. Алгоритм Бернштейна – Вазирани :был разработан, чтобы доказать разделение оракула между классами сложности BPP и BQP.
5. Алгоритм Дойча – Йожи: был первым, кто показал, что использование квантового компьютера в качестве вычислительного инструмента для решения конкретной задачи может быть выгодным.

Когда начнется квантовая финансовая система?

Эра квантовой финансовой системы вот-вот начнется. В ближайшее десятилетие квантовые вычисления, скорее всего, станут одним из основных решений в финансовом секторе.

Согласно отчету MarketsandMarkets Research, ожидается, что размер рынка квантовых вычислений достигнет 1,76 миллиарда долларов к 2026 году с 472 миллионов долларов в 2021 году, при этом среднегодовой темп роста составит 30,1% в течение прогнозируемого периода. Ожидается, что скорейшее внедрение квантовых технологий в финансовом секторе будет способствовать росту мирового рынка.

Какие банки инвестируют в квантовые вычисления?

J.P. Morgan, Goldman Sachs, Citigroup, Mitsubishi Financial Group, Barclays, Wells Fargo, BNP Paribas, HSBC и Japan Post Bank - все они вкладывают миллионы долларов в эту технологию; некоторые начали экспериментировать с приложениями для квантовых вычислений.

Можете ли вы инвестировать в квантовые вычисления?

Да, есть много возможностей для инвесторов, которые хотят сделать ставку на технологии квантовых вычислений. Ряд компаний, работающих в этой области, котируются на Нью-Йоркской фондовой бирже. ETF для квантовых вычислений (defiance Quantum ETF) также доступен для более широкого ознакомления с этой отраслью.