量子计算：它可以为金融业带来超强动力，也可以毁掉金融业

就在昨日 (5月27日) ，两家领先的量子计算软件初创公司，提出了两个新的算法，不仅加速了量子计算发展进程，更是为这一领域的实际应用做出了巨大贡献。

在此前提下，NIST和埃森哲的说法却让人对这一进展心神不宁，量子计算是机遇？还是挑战？

1. 剑桥量子计算公司

剑桥量子计算公司 (CQC) 宣布发现了一种新的算法[1]，可以加速量子蒙特卡罗积分。时间的缩短带来了量子优势，也充分证实了量子计算对于金融业的重要性。

蒙特卡罗积分 (Monte Carlo integration) —— 通过取样本的平均值，来对概率分布的平均值进行数值估计的过程。可以说蒙特卡罗积分是现代社会底层“计算支柱”的关键点。

蒙特卡罗积分可以用于金融风险分析、药物开发、供应链物流以及其他商业和科学应用中，但今天的计算系统通常需要数小时的连续计算才能完成。

而现在，CQC用一种算法解决了这个问题，该算法展示了如何在战胜这种重大历史性困难的同时，获取全部的量子优势。

算法的论文以“Quantum Monte-Carlo Integration: The Full Advantage in Minimal Circuit Depth” (量子蒙特卡罗积分：在最小线路深度下获得全部优势) 为题，发表在arXiv上[2]。

图1｜CQC算法的论文（来源：arXiv）

论文中提出的量子蒙特卡罗积分方法，不需要在量子计算机上进行任何算术运算或计算量子傅里叶变换的前提下，保留了全部的量子优势。而在此之前的所有量子蒙特卡罗积分方法，都无法一次性满足这些前提条件。

CQC的高级研究学者Steven Herbert发表了此次的论文，他认为，此次提出的新算法具有历史性意义，它不仅扩展了量子蒙特卡罗积分，而且将在NISQ (含噪中等规模量子设备) 时代和以后都能有所应用。

Herbert表示，现在终于有能力实现以前“纸上谈兵”的量子加速了，而这是现有的量子蒙特卡罗积分算法都无法做到的，因为它们需要大量的开销，使得现有的方法无法使用。

图2｜现处NISQ时代（来源：量子客）

2. Zapata计算公司

西班牙外换银行 (BBVA) 和美国量子计算软件初创公司Zapata Computing，公布了其合作研究项目的结果[3]。该项目重点研究如何将量子算法应用于蒙特卡罗方法，允许预测在随机条件下不同变量的演化[4]。

尽管这种技术具有潜力，但要用其有效计算衍生品的价格并进行估值调整，仍需进一步发展现有的硬件。

这并非是这家成立于1999年的银行第一次尝试使用量子技术了。早在2019年，BBVA的研究与专利团队就启动了研究计划，其中之一就是与西班牙高等科学研究理事会 (CSIC)、西班牙量子计算软件初创公司Multiverse Computing、富士通和埃森哲等领先机构和公司合作，探索量子计算在金融领域的潜在应用[5]。

图3｜西班牙外换银行BBVA（来源：BBVA）

而此次的研究项目由BBVA墨西哥分行的量化与商业解决方案部门的主管Andrea Cadarso领导，Cadarso表示，BBVA想要了解量子计算是否能够帮助他们改进计算方法。起初可以从蒙特卡罗的具体问题开始解决，例如信用估值调整 (CVA)。

长期以来，确定某些衍生品的估值和定价，都是一项艰巨的任务。Cadarso解释说，为衍生品估值和定价之所以如此困难，是因为在某些情况下，需要将额外成本考虑进去，如对方违约的概率。

自2007年全球金融危机以来，新的监管措施促使人们在金融协议中，将这些类型的信贷风险纳入考量。BBVA与Zapata计算公司的联合研究项目，就是因为这家银行意识到了量子计算将在这类复杂计算中，发挥巨大潜力而催生出的。

项目发现，截至目前，由于硬件的限制，这种量子蒙特卡罗方法与传统蒙特卡罗方法相比没有明显优势。

图4｜(最左) Andrea Cadarso（来源：QC Ware）

然而，据Cadarso所述，从高精确度水平开始就有明显的改进。BBVA和Zapata的文章中，提出了一种创新的技术方法来建立线路，这种方法可以获得更为乐观的估计结果[6]。

随着构建和优化量子线路的技术，以及纠错技术的发展，这项研究的结果可能会发生变化。接下来，团队希望将这些方法扩展到金融领域的其他实际问题和应用当中，将结果与现有的经典算法进行比较，以发现潜在的优势。

BBVA的研究与专利团队的负责人Escolástico Sánchez坚称，BBVA有意继续探索量子技术及其机遇。而且已经完全致力于其在量子领域的工作，现阶段已经组建了一支量子团队，并正从不同领域招募专业人士，参与开发一套符合BBVA需求的量子解决方案。

3. 机遇与挑战

所有的新技术都是不完美的，量子计算也是如此。这项可以通过快速风险建模和交易处理彻底变革金融的技术，吸引着诸如巴克莱银行、西班牙外换银行和高盛等金融机构投资于量子计算技术的研究。

同样，如果心怀不轨的组织利用量子计算机来解密通信，可能会对不知情的目标组织造成致命的损害。

呈指数级增长的处理能力吸引着稳定的投资活动。本周，加拿大光量子计算初创公司Xanadu获得了1亿美元的融资。3月，量子初创公司IonQ宣布了20亿美元的spac上市计划。

巴克莱银行和IBM的研究人员近期公布了将量子计算用于证券结算的实验细节，实验的关键收获在于，第一次在量子计算机上运行了一种用于结算证券交易的算法。即便测试数据规模较小，更像是一个概念验证，但巴克莱银行表示已经证明了该概念验证是有效可行的[7]。

图5｜IBM量子计算副总裁Jay Gambetta在平板电脑上操作IBM Qiskit（来源：IBM）

高盛也与量子计算初创公司QC Ware进行了一项联合调查研究[8]，研究结果表明他们可以通过电话沟通的方式，向一些有意愿交易复杂衍生品的客户报价，无需先进行数小时的计算[9]。

尽管如此，目前还没有人公开将量子计算用于常规的、现实世界的银行业务。因为实验机器总归是不稳定的，计算结果也不绝对可靠。

开发人员希望未来5-15年内产出稳健的机器，而负责批判的人员则表示他们过去十多年来这种话听到耳朵起茧。

批判者很多，但绝不包括美国国家标准技术研究院 (NIST)，他们对于量子技术足够乐观，或者说足够害怕，以至于长期以来寻求制定新的加密标准，防止量子计算机破解现在的加密技术。埃森哲的高级董事总经理David Treat表示，除非采用新的标准，否则“将会有灾难”。

居心叵测之人可能已经正在窃取他们希望多年后解码的加密数据，企业应更多地关注量子计算，将其视为一种机遇，同时也是一种挑战。

图6｜保护敏感的电子信息免受量子计算机威胁的竞赛（来源：NIST）

封面：

BBVA总部/ArchDaily

引用：

[1]https://cambridgequantum.com/cambridge-quantum-develops-algorithm-to-accelerate-monte-carlo-integration-on-quantum-computers/

[2]https://arxiv.org/abs/2105.09100

[3]https://www.bbva.com/en/a-bbva-and-zapata-computing-study-shows-the-potential-of-quantum-computing-for-derivative-calculations/

[4]https://www.zapatacomputing.com/publications/quantum-algorithm-cva/

[5]https://www.bbva.com/en/bbva-pursues-the-financial-sectors-quantum-advantage/

[6]https://www.zapatacomputing.com/wp-content/uploads/2021/05/2105.12087.pdf

[7]https://www.businessinsider.com/meet-the-barclays-md-working-to-transform-finance-through-distributed-ledgers-and-quantum-computing-2021-4

[8]https://qcware.com/news/press-release-april-29/

[9]https://arxiv.org/abs/2012.03348

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