【量子信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟】量子計(jì)算金融應(yīng)用白皮書

1一、量子計(jì)算的背景與發(fā)展正面影響。1DowlingJP,MilburnGJ.QuoftheRoyalSocietyofLondon.SeriesA:Mathematical,PhysicalandEngineeringSciences24600公里星地量子密鑰分發(fā)，初步構(gòu)建天地一體化廣域量子通信網(wǎng)32https://www.quantu4圖1經(jīng)典比特與量子比特對(duì)比5表1量子計(jì)算機(jī)工程化時(shí)期重要事件列舉概念，作為測(cè)量量子計(jì)算的性能指標(biāo)，并由此引申提出了量子性能的“摩爾定律”，即量子計(jì)算機(jī)的量子體積大約每隔一年便會(huì)增中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了66量子比特的量子計(jì)算原型木”量子計(jì)算原型機(jī)高出了6個(gè)數(shù)量級(jí)；6面編程量子計(jì)算機(jī)，他們證明了他們的量子計(jì)算機(jī)的平均單量子位電路將邏輯量子比特初始化為三個(gè)相互無偏基的本征態(tài)，并對(duì)編碼的量子比特執(zhí)行多種癥狀測(cè)量，使用實(shí)時(shí)解碼器來確定任何必HoneywellH1-1相同的離子阱架構(gòu)、4月，H1-2測(cè)得的量子體積為4096，成為有史以面中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研制的九章二號(hào)，實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”驗(yàn)證，在高斯玻色采樣問題上，其處理速度比超級(jí)計(jì)算機(jī)快億億面），7第二階段在某些特定領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)實(shí)用價(jià)值。在第一階段的基礎(chǔ)上，超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)，并在更多的研究領(lǐng)域中拓展應(yīng)用，例如量子化學(xué)、83/s?id=1719649077511612898&wfr4https://www.bilibili9系統(tǒng)的雙量子比特邏輯門的保真度都保證在99%以上。流的非對(duì)稱加密算法的安全性主要依賴于所選擇的數(shù)學(xué)難題難以破二、量子計(jì)算與金融業(yè)(一)量子計(jì)算賦能金融業(yè)（1）量子計(jì)算的強(qiáng)大算力可以解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法高效解決的（2）量子計(jì)算將影響對(duì)金融和經(jīng)濟(jì)模式的思考方式，即改變對(duì)圖2量子計(jì)算用例分析6表2量子計(jì)算在不同階段對(duì)金融的預(yù)期影響5/capabilities/mckinsey-digital/our-insights/strong-but-talent-gap-raise6Quantumcomputingtalentnotonp啟發(fā)算法可以在經(jīng)典計(jì)部分量子的混合解決方數(shù)以千計(jì)的量子比特允務(wù)提供商提供對(duì)量子計(jì)算的訪問，“量子即服具有萬個(gè)量子比特的大為退相干是通過量子糾錯(cuò)控制的）提供了廣泛的量子優(yōu)勢(shì)。但全世界基于退火的投資組合優(yōu)化算法在經(jīng)典計(jì)算機(jī)或改進(jìn)的預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以更好地預(yù)測(cè)黑天鵝準(zhǔn)會(huì)取代當(dāng)前的加密技接近實(shí)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，例如量化對(duì)沖基金?；诤罅孔用艽a的安全投資組合優(yōu)化帶來的收投資組合優(yōu)化和風(fēng)險(xiǎn)分來自所有量子應(yīng)用的銀行和其他金融服務(wù)的運(yùn)雖然受限于早期量子計(jì)算機(jī)硬件的現(xiàn)狀，許多量子算法仍然在中提出“探索運(yùn)用量子技術(shù)突破現(xiàn)有算力約束、算法瓶頸，提升金融培育一批有價(jià)值、可落地的金融應(yīng)用場(chǎng)景?！苯鹑谛袠I(yè)作為量子計(jì)算(二)量子計(jì)算金融應(yīng)用價(jià)值量子計(jì)算對(duì)金融業(yè)的發(fā)展具有重要的理論研究價(jià)值和實(shí)際經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值，是智能金融領(lǐng)域與量子技術(shù)融合的發(fā)展趨1Fugaku(富岳)23456789一臺(tái)擁有千萬億次級(jí)計(jì)算能力的計(jì)算機(jī)每年消耗的能源和一座平均規(guī)模的煤礦的產(chǎn)能量三、量子計(jì)算金融應(yīng)用領(lǐng)域1.量子組合優(yōu)化算法量子優(yōu)化是量子計(jì)算領(lǐng)域頗受關(guān)注的一個(gè)研究分支,主要研究如二次無約束二值優(yōu)化（QuadraticUnconstrainedBinaryOptimiza用量子算法進(jìn)行有效解決，例如量子退火算法、量也稱量子隨機(jī)優(yōu)化7。量子退火算法通過使用量子漲落過程在給定的決某些NP-Hard問題時(shí)有明顯的加速效果。量子近似優(yōu)化算法7ApolloniB,Carv8何鍵浩,李綠周.量子優(yōu)化算法綜述[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,2021,58(09):1823-1834.9AngadKalra,FaisalQureshi,andMichaelTi系列參數(shù)化量子電路的變分優(yōu)化過程迭代地逼近目標(biāo)哈密頓量的最simulation.Quantum,3:191,Oct2019.ISSN2庫的量子算法11,其方法是通過迭代使用一個(gè)可識(shí)別搜索目標(biāo)的黑盒來提高搜索目標(biāo)在量子疊加態(tài)中的振幅,從而提高測(cè)量獲得搜索目標(biāo)的概率。經(jīng)過對(duì)算法的進(jìn)一步發(fā)展延伸，Grover自適應(yīng)性搜索算法2.量子組合優(yōu)化應(yīng)用場(chǎng)景投資組合優(yōu)化是根據(jù)某個(gè)優(yōu)化目標(biāo)從正在考慮的所有投資組合11GroverLK.Afastquantummechanicalalgobinaryoptimization.Quantum,5:428,April2021.ISSN掉期是指交易雙方同意在一個(gè)特定期限內(nèi)定期交換現(xiàn)金流的合對(duì)名義利率和固定利率不同的掉期進(jìn)行凈額結(jié)成的損失，其中確定對(duì)借款方信譽(yù)有影響的關(guān)鍵獨(dú)立特征非常重要。1.量子機(jī)器學(xué)習(xí)算法經(jīng)典算法有指數(shù)加速效果，并展現(xiàn)出了量子計(jì)同一個(gè)類內(nèi)的數(shù)據(jù)相似性盡可能大且不在同一個(gè)類中的數(shù)據(jù)差異性用于描述和解決智能體在與環(huán)境的交互過程中通過學(xué)習(xí)策略以達(dá)成tradingtrajectoryproblemusingaquantumagaussianbosonsampling,”arXiv:1905.12646,2.量子機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用場(chǎng)景預(yù)測(cè)金融資產(chǎn)價(jià)格以及許多其他隨時(shí)間變化的金融權(quán)益可以建(LSTM)的方法尤其受歡迎，這些通用算法也逐步被用于金融資產(chǎn)定“”17S.Lloyd,M.Mohseni,andP.Rebentrost,Quantumprincipalcomponentanalysis,NaturePhysics,2014.“”18L.Chen,M.Pelger,andJ.Zhu,Deeplearninginassetpricing,arXiv:1904.00745,2021.雜性和預(yù)測(cè)性能方面可能優(yōu)于經(jīng)典的變分模型。2020年劍橋大學(xué)Bausch19的研究已經(jīng)描述了使用PQC來形成遞歸量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類。此外，對(duì)沖基金往往比其他類型的基“”19J.Bausch,Recurrentquantumneuralnetworks,inNeurIPS,2020.“”20S.Y.-C.Chen,S.Yoo,andY.-L.L.Fang,Quantumlongshort-termmemory,arXiv:2009.01783,2020.借貸過程中，量子自然語言處理（QuantumNaturalLanguageProcessing，QNLP）技術(shù)可以通21L.PurdaandD.Skillicorn,“Accountingvariables,deception,andabagofwordetection,”ContemporaryAccountinfinance:Asynthesisoftheliteraturewitharoadmapforfut些可以拓展到完全不同的架構(gòu)下進(jìn)行訓(xùn)練以識(shí)別給定交易數(shù)據(jù)或銀1.量子模擬算法過振幅估計(jì)（AmplitudeEstimation,AE金融衍生產(chǎn)品的定價(jià)通常涉及到復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和隨機(jī)變量的知,通過操作哈密頓量可以實(shí)現(xiàn)量子態(tài)的演化。在部分量子優(yōu)化算法標(biāo)哈密頓演化的酉演化過程,從而在有效時(shí)間內(nèi)完成演化目標(biāo)。通過2.量子模擬應(yīng)用場(chǎng)景并實(shí)現(xiàn)平方級(jí)別的量子加速，從而應(yīng)對(duì)更高維的資產(chǎn)組合風(fēng)險(xiǎn)分析。表4部分量子計(jì)算金融應(yīng)用領(lǐng)域四、量子計(jì)算金融應(yīng)用探索進(jìn)展“摩根大通期待與Honeywell在信用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)和欺詐偵測(cè)算法上的合決投資組合優(yōu)化問題24。23Swayne,Matt,“JPMorganChaseUnleashesHoneywell’sQuantumComputerProblems,”TheQuantumDaily24HermanD,ShaydulinR,SunY,etal.PortfolioOptimizationviaQuantumZenoDynamicsonaQuantumProcessor[J].arXivpreprintarXiv:2209.15024,企業(yè)以比現(xiàn)在快得多的速度評(píng)估金融風(fēng)險(xiǎn)并模擬各種金融工具的價(jià)極向客戶介紹量子計(jì)算技術(shù)對(duì)于各行各業(yè)的影響并提供27/2021/06/23/11-global-banks-probing-the-wonderftechnologies/亞州舊金山，運(yùn)營總部位于曼哈頓。2019年，富國銀行的技術(shù)主管險(xiǎn)投資。他對(duì)量子技術(shù)的態(tài)度很明確，作為與IBM和MIT交易的一28RosenbergG,Haghnquantumannealer[C]//Proceedingsofthe8thWorkshoponHighPerformanceC29/2021/06/23/11-global-banks-probing-the-wonderful-world-technologies/花旗集團(tuán)是一家總部位于紐約市的美國跨國投資銀行和金融服合和管理風(fēng)險(xiǎn)來幫助徹底改變金融服務(wù)?！比跇I(yè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和交易，并評(píng)論說：“銀行現(xiàn)在需要開始學(xué)習(xí)如何利用量子計(jì)算。30”通用電氣旗下的通用電氣公司的中央創(chuàng)新中心-通用電氣研究所GER利用量子玻恩機(jī)有效地訓(xùn)練量子線路來學(xué)習(xí)四個(gè)指數(shù)之間的相證實(shí)了量子相關(guān)性分析有可能在商業(yè)應(yīng)用中帶來更智能的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析和決策31。此外，新提出的優(yōu)化方法有可能解決量子機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)30/2021/06/23/11-global-banks-probing-the-wonder31ZhuD,ShenW,GianiA,etal.Copula-basedRiskAggregationwithpreprintarXiv:2206.11937時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化量子計(jì)算結(jié)果。32”2.加拿大算。Xanadu在自己的量子模擬器上測(cè)試了該量子算法，仿真結(jié)果表32/news/june-23-2022-ionq-ge-research-risk-aggregat2）渣打銀行渣打銀行一直在密切關(guān)注這一技術(shù)可能給金融服務(wù)帶Products,”Xanadupressrelease,NewswireCanad34https://1/news/natwest-works-1qbit-fujitsu-develop-new-method-deciding-portfolio-composit35WhitePaper–TheCaseforQuantumandQuantum-InspiredComput/dmsp/Publications/public/wp-da-financialsector-ww-en.pdf業(yè)的潛在用例37。他們?cè)O(shè)立了一個(gè)量子計(jì)算內(nèi)部工作組，探索當(dāng)今銀/content/195ce103-2419-30e4-a19d-9optimizationappliedtotransactionsettlement."arXivpreprintarXiv:1910.05788,/pdf/1910.05788v1.pdf.的過程39。此外，巴克萊還繼續(xù)評(píng)估量子計(jì)算機(jī)可能破解現(xiàn)有經(jīng)典密2.德國39Saran,Cliff,“Barclays40/2021/06/23/11-global-banks-probing-the-wonderfultechnologies/41https://www.neasqc.eu/about-42“HSBCjoinsEuropeanquantumconsortium,Fine/newsarticle/36686/hsbc-joins-european-quantum-Leukert在接受采訪時(shí)表示，在未來幾個(gè)月或者幾年內(nèi)，德意志銀行3.法國43/article/3633195/will-google-cloud-ever-win-ove44/2021/06/23/11-global-banks-probing-the-wonderfultechnologies/4.西班牙45/2021/06/23/11-global-banks-probing-the-wonderfultechnologies/46/comunicacion/noticia/caixabank-group-d-wave-collaborate-onew-quantum-applications-for-finance-industry_en.html?id=概念驗(yàn)證，研究了五個(gè)金融用例47，其目的是分析這些技術(shù)是否帶來5.俄羅斯47/2020/07/bbva-collaborates-with-fujitsu-on-quantum-tech48/en/bbva-pursues-the-financial-sectors-quantum49DuplinskiyAV,KiktenkoEO,PozharNO,etal.Quantum-secureddatatransmissioninurbanfiber-opticscommunicationlines[J].JournalofRussianLaserResearc50/news/article-339/russia-builds-lab-for-developing-quantum表5歐美量子計(jì)算金融應(yīng)用探索XanaduUSRANEASQC全算金融應(yīng)用算法，包括“量子期權(quán)定價(jià)算法”與“量子風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值計(jì)量算51/kjyww/202104/t20210420_523652/法”，聚焦金融市場(chǎng)與風(fēng)險(xiǎn)管理，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)金融領(lǐng)域?qū)α孔佑?jì)算指53/rain/54/2021-09/14/content_416733955/zhuanti/txt/2021-06/22/content_41599551本源量子是同時(shí)掌握超導(dǎo)與半導(dǎo)體雙體系量子計(jì)算機(jī)全棧式開的本源量子期權(quán)計(jì)算器57。與此同時(shí)，本源量子與建信金科、中信銀圖靈量子是同時(shí)掌握光量子芯片和光量子計(jì)算核心技術(shù)的科研5657/啟科量子在傳統(tǒng)金融領(lǐng)域和新興金融科技領(lǐng)域都有著自己獨(dú)有的技