BCG报告：金融机构是时候进入量子领域了

光子盒研究院出品

本报告由波士顿咨询公司（BCG）在2020年10月发布。

在量子计算具有变革潜力的商业领域中，金融服务之所以脱颖而出，有几个原因。首先，收益可观——随着技术在未来几十年的成熟，银行和其他金融服务公司的营业收入将增加近700亿美元。其次，金融机构是采用先进技术并开发实际应用的最积极的公司。作为金融行业中的一个分支，金融服务在BCG的数字加速指数中名列前茅（该指数评估数字能力并将公司的数字绩效与同行进行比较）。第三，越来越多的金融机构开始通过招募、投资以及与技术公司建立合作伙伴关系来为未来量子领域发展做好准备。

量子计算仍处于起步阶段，但是随着它进入发展期，实际的金融服务应用的快速增长是合理的。从战略角度来看，任何规模的金融机构都应认识到，这种复杂的新兴技术既是一个改变游戏规则的机会，也是一种生存威胁。

本文将介绍量子计算在金融服务中如今的地位，领先企业在做什么，这项技术可能在近期和更长远的时间内如何发展，以及金融服务公司如何发挥作用。

从量子计算中受益

让我们从量子计算的潜力开始进行介绍。量子计算可以大大提升金融机构解决以下三种类型问题的能力。（参见图1）

图1

最优化。金融机构在优化计算中有多种用途，包括投资组合分配和再平衡、资本分配、ATM网络中的现金管理、金融套利和收益率曲线拟合。问题是，对于经典计算机而言，某些类型的优化问题很难甚至不可能解决。在投资模型中添加不连续的非凸函数（例如利率收益率曲线，交易手数，买入门槛和交易成本）会使优化任务变得异常复杂。结果，经典优化器经常由于计算时间太长而崩溃，甚至更糟糕的是，经典计算机的计算会将局部最优误认为是全局最优。为了确保将在可接受的时间范围内执行计算，必须采用无数的近似方法。

成熟的量子计算机可以在短时间内完成更精确的优化。例如，2014年推出的量子近似优化算法可以解决多项式或在实际时间内发现较好的解决方案（取决于问题的大小），而同一问题在传统计算机上则需要用指数时间进行计算。此外，还有一种称为退火器的量子计算机被设计用于快速优化。2020年6月，芝加哥量子公司使用D-Wave量子退火算法对40只股票的投资组合进行了优化。一家大型美国银行的投资组合风险负责人表示：“投资组合优化在计算上是昂贵的……但是人们对量子模拟的兴趣很大，这种模拟可以带来一些改善，因为交易成本可能占管理资产的2%至3%。”

机器学习。金融机构已广泛采用机器学习（ML）来改善众多业务流程，并试图找到更好地将他们的数据货币化的方法。但现有的机器学习技术仍存在许多问题，随着维数的增加，在经典计算机上训练ML算法所需的时间呈指数增长。量子计算可以使行业更有效地处理复杂的数据分析并加速现有的机器学习技术。例如，用来预测信用度的客户聚类可以包含更多的输入并识别以前未知的相关性，从而提高准确性。此类功能可用于信用评分、预测分析、损益归因以及检测洗钱和欺诈行为。当然，实际速度的提高最终取决于要解决的问题复杂程度，并且还取决于几个悬而未决的问题，比如人们普遍希望实现二次加速，并且许多人希望这种加速是呈指数增长。

模拟和定价。这里的主要示例是蒙特卡洛方法，该方法计算量大，尤其是对于长期和复杂的模拟而言。在这一领域中，准确性和效率之间的争论是不可避免且普遍的，但这会导致不必要且程度不明的冒险。蒙特卡洛方法能够几乎实时地进行深入的定价和风险管理计算，而无需简化模型，这将改变行业格局。美国一所著名大学的金融数学系主任说：“实时检测银行风险可以使人们更好地分配资金。这一过程将价值数十亿美元。”摩根大通一直在研究量子计算在期权定价中的潜在用途，它设计了模拟欧洲期权定价所需的量子电路，并证明了量子计算的精度将以平方的形式超过经典蒙特卡洛计算的精度。

金融机构何时能够受益量子计算？

将量子计算方法应用于上述用例将为金融服务公司带来三大价值：

·更好的企业风险管理。公司可以针对市场、信贷和运营风险制定更好的计划，并有更多的时间应对可能发生的极端事件。他们还可以充分利用稀缺资源，例如资本和流动性。

·改善客户满意度。公司可以定制产品，使其更具吸引力，并缩短对客户报价请求的响应时间。

·卓越运营和可持续发展。更好的预测性维护、用更低的交易成本获得更高的最佳投资组合回报率、降低成本以及改善能源消耗都为企业带来了收益。

我们估计，量子计算可以为金融机构释放420亿至670亿美元的长期价值。此外，大幅降低量子计算的能耗可以支持可持续发展计划。

但是，量子计算的价值多快能实现呢？（参见图2）在短期（即下一个十年）中，我们预计前期中，嘈杂且易于出错的量子计算机（NISQ）将为全球金融机构产生约20亿至50亿美元营业收入。例如，利用量子启发方法进行组合优化将使企业考虑到目前无法考虑的现实的不确定性因素。这可能会在未来十年为银行或投资基金带来2亿至4.5亿美元的增值。（这个数字不包括知识和经验提升带来的价值。）随着量子计算机变得稳定和纠错能力的提高，同一机构在接下来的15年中可以释放高达9亿美元的价值。

图2

我们认为，考虑到量子计算领域的快速发展，这一时间表可能过于保守。在所谓的NISQ时代，当量子设备受到高错误率困扰，其功能被限制时，量子启发算法（在经典计算机上运行的量子算法）和混合方法（混合量子和经典计算）可以帮助企业创造巨大的价值并为长期的量子飞跃做准备。

BBVA全球研究和专利负责人Carlos Kuchkovsky在今年7月表示：“尽管这项技术仍处于早期开发阶段，但其影响该领域的潜力已经成为现实。我们的研究正在帮助我们确定量子计算可以代表更大竞争优势的领域，一旦量子计算的工具足够成熟，我们认为，对于某些具体任务的应用，将是接下来的两到五年。”

金融机构已经开始行动

一些趋势正在推动量子计算的近期发展。一是行业关注点从理论研究转向实际应用，这些应用是由运行在量子硬件上的定制量子电路或运行在经典硬件上的量子启发算法提供动力的。从事量子启发算法研究的公司（例如微软）希望这些算法能够在短期内带来增量价值，并在有更可靠的量子硬件可用时转化为有意义的速度提升。

另一个趋势是围绕新技术的充满活力的生态系统的出现，其中包括主要技术参与者（如阿里巴巴、亚马逊、Atos、富士通、谷歌、霍尼韦尔、IBM和微软）、全能型量子初创公司（如D-Wave Systems、QC Ware、Rigetti Computing、Xanadu和Zapata Computing）和专注于金融的量子初创公司（例如Multiverse Computing）。第三类公司是量子计算开发人员关注的重点，确保能够尽早产生实际价值。

开发人员正在利用商业上可用的资源来帮助从业人员测试、学习和共享如何将量子计算用于实际应用。这些包括：

·易于访问的基于量子云的量子计算能力（亚马逊、IBM、微软）。

·开源量子软件开发工具，其中大多数可与通用编程工具互操作，例如Python，这是金融界最受欢迎的编程语言之一（IBM的Qiskit、Rigetti的Forest、Xanadu的PennyLane）。

·软件初创公司的能力建设工具，包括升级程序和可解释且透明的量子算法。

·通过诸如IBM Q Network和Microsoft Quantum Network之类的网络进行知识共享和建立合作伙伴关系，以及由领先的量子技术参与者赞助的全球众多会议。

金融服务业已逐渐引起注意。在过去的18个月中，包括BBVA，CaixaBank和摩根大通在内的数家公司已经宣布或公开讨论了上述三个领域中的相关实验，这些实验涉及到量子计算的具体应用。

BBVA一直在追求量子算法在业务规模数据集的投资组合优化、信用评分、货币套利和衍生产品估值方面的优势。CaixaBank正在使用一种量子算法来评估抵押贷款和国债投资组合中的金融风险。如上所述，摩根大通一直在探索量子计算在期权定价领域的应用。

银行和其他公司正在雇佣更多具有量子计算技能的人。我们通过对LinkedIn中精英数据的分析发现，截至2020年6月，美国和欧洲的21家银行和保险公司已雇用超过115名具有量子专业知识的人员。

这些人中有60％以上来自欧洲，28％来自美国，10％来自亚洲。亚洲地区受到数据可用性的限制，尤其是对中国而言，实际比例肯定更大。此外，这些数字并未完全反映出对冲基金行业对量子计算的浓厚兴趣。

此外，金融服务公司也正在寻求对量子计算公司的投资并与之建立合作伙伴关系。（参见图3）到目前为止，有四种主要的非排他性策略。

图3

最常见的是与活跃于该领域的技术公司（例如IBM和微软）合作。因为科技公司正在投入大量的精力来围绕他们自己的技术解决方案构建全面的量子计算生态系统，将学术界、创新的量子初创公司和大型潜在客户公司聚集在一起。

第二种模式是与量子初创公司合作。这些初创公司倾向于偏重于量子软件和算法的开发。

第三种模式是与学术界和政府机构合作。这些伙伴关系很可能是区域性的。

第四种模式是对量子计算公司的直接投资。金融公司正在参与积极投资，目的是获得第一手独家或半独家的知识和技术。

积极公开研究量子计算的金融公司包括一些全球性企业，例如安联、巴克莱、花旗集团、高盛、摩根大通和瑞穗。还有许多国家和地区性公司，例如荷兰银行、Anthem、BBVA、蒙特利尔银行、法国巴黎银行、CaixaBank、澳大利亚联邦银行、国民威斯敏斯特银行集团、野村证券、丰业银行、渣打银行和瑞银。此外，对冲基金和高频交易员是最复杂的行业参与者之一，他们在过去几年里一直在积极研究量子计算技术。

是时候进入量子领域了

专家们对量子计算发展的确切速度和方向持不同意见。（实际上，该行业尚未就最有可能大规模制造量子机器的技术达成共识。）但多数人认为其影响将是巨大而深远的。由于这是一项真正改变游戏规则的技术，而不是即插即用的技术，金融机构需要时间来建立自己的量子能力，获得技能并探索量子生态系统。当技术转化为有利可图的竞争优势时，那些行动太慢的公司有被竞争对手边缘化的风险。

公司可以从定义其量子领域的愿景和战略开始，在其业务模型的背景下对量子计算进行深入的机会和风险评估。该评估应包括对适应技术堆栈、在组织中建立量子意识以及制定战略性员工计划（包括帮助完成这一转型的合适的合作伙伴）所需的分析。实现这一愿景可能需要多年的努力，因此尽管量子计算的影响可能在未来几年内仍然存在，但规划的时间已经不多了。

许多公司可能需要加快正在进行的数字化转型计划，并确保他们准备好迅速果断地采取行动，将人力和技术能力结合起来。范式转换的优势包括人员技能和组织能力以及新技术，但仅将此视为技术任务的公司将遇到很大的障碍。与那些已经形成竞争者的公司相比，那些尚未取得重大进展的公司将处于劣势。BCG的2019年数字加速指数研究发现，全球超过25％的金融服务公司有资格成为数字冠军，其中亚洲公司的得分特别高。

公司还需要采取具体行动来提高其人员的量子知识储备。探索量子启发算法是一个很好的起点。一群量子爱好者可以帮助量子文化扎根，这对于吸引必要的内部能力至关重要，以此可以克服随着技术的发展而可能持续存在的人才短缺。同时公司必须积极参与量子生态系统，以找到相关的合作伙伴。

作为公司来说，每年都需要更新的量子工作手册和路线图，详细说明各业务领域的量子机会和威胁，为制定软件和算法开发计划提供基础（在可能的情况下申请专利以建立进入壁垒）。量子手册可以与硬件无关，至少在早期阶段是这样，但是公司应关注硬件和软件的突破，以发现何时需要加速和扩展业务。

除了商业利益外，金融机构还需要进入量子计算领域的另一个原因是：这项技术已经被广泛认为将在未来10到15年内打破公钥加密技术，该技术保证了我们当前大多数应用和协议的机密性和真实性。鉴于其活动的性质，银行特别容易受到这种发展的影响，因此需要为向后量子密码技术的过渡做好准备。基于以往的经验，我们认为升级现有加密基础架构的窗口正在迅速关闭。

相关阅读:

#光子盒社群招募中#

进入光子盒社群，与我们近距离互动，了解量子领域更多产业、商业、科技动态。

现添加社群小助手微信vivi0216fighting，即可进群 ，与我们一起展望未来！

-End-

1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。