Wat is Quantum Financial System? [Een eenvoudig overzicht]

Quantum finance is een tak van de econofysica, een heterodox interdisciplinair onderzoeksgebied waarbij theorieën en technieken worden toegepast om complexe economische problemen op te lossen.

Het implementeren van kwantumtechnologie voor financiële problemen - vooral die welke te maken hebben met niet-lineaire dynamiek, onzekerheid of stochastische processen - kan buitengewoon gunstig zijn voor first movers. Sneller reageren op marktvolatiliteit, nauwkeurigere risicoanalyses en het gebruik van gedragsgegevens om de klantbetrokkenheid te verbeteren, zijn enkele van de specifieke voordelen die quantum computing de komende decennia kan opleveren.

Als je je afvraagt ​​of het kwantumfinanciële systeem echt zou kunnen zijn, dan is het antwoord ja. Voor sommige mensen klinkt het misschien als sciencefiction, maar dit is een zeer authentieke technologie.

In feite werd het concept van het implementeren van kwantumgeld in 1970 geïntroduceerd door onderzoeksfysicus Stephen Wiesner. Het bleef echter ongepubliceerd tot 1983 en een praktische manier om het te ontwikkelen (met behulp van methoden uit semidefinite programmering) werd in 2013 uitgevonden.

Tegenwoordig is het primaire doel van het financiële kwantumsysteem het faciliteren van een consistente integriteit van de bewegingen van de fondsen, het nauwkeurig inschatten van de onzekerheid in financiële modellen en het wegnemen van de tekortkomingen van het centrale banksysteem.

Huidig ​​financieel systeem

De financiële wereld is de afgelopen 50 jaar enorm geëvolueerd. Nog niet zo lang geleden was contant betalen de meest gebruikelijke manier om iets te betalen. Nu hebben we volop mogelijkheden. Gebruik een pinpas/creditcard of betaal met een app of cryptocurrency wallet op je smartphone. De keuze is aan jou.

Vandaag beheren de 30 grootste banken ter wereld samen meer dan $ 55 biljoen. Volgens de Securities Industry and Financial Market Association is de omvang van de obligatiemarkt meer dan $ 119 biljoen wereldwijd en $ 46 biljoen voor de Amerikaanse markt.

In deze complexe markt wordt elke seconde een groot aantal financiële dienstverleningsactiviteiten (variërend van prijsstelling van effecten tot risicoanalyse) uitgevoerd. Elke activiteit vereist het vermogen om resultaten op korte en lange termijn te beoordelen.

Om dit te doen, gebruiken financiële instellingen geavanceerde algoritmen en machine learning-modellen die statistische kansen meten. Deze modellen zijn echter niet helemaal nauwkeurig - we hebben allemaal gezien wat er gebeurde tijdens de financiële crisis van 2008.

De huidige technologie moet op veel manieren nog rijpen om beloften waar te maken. Daarom testen verschillende financiële bedrijven nieuwe processors die gebruikmaken van de wetten van de kwantumfysica om enorme hoeveelheden gegevens met ongekende snelheid te verwerken. De mogelijkheden zijn eindeloos.

Hoe kan Quantum Computing helpen?

Quantummachines kunnen een revolutie teweegbrengen in industrieën die enorme rekenkracht vereisen, waaronder het ontdekken van nieuwe medicijnen, het versterken van diepe neurale netwerken, het modelleren van financiële markten en het ontwikkelen van een veilige manier van communicatie (kwantum internet). In dit artikel hebben we ons gericht op hoe kwantumcomputers de huidige financiële systemen kunnen verbeteren.

Banksectoren, niet-bancaire financiële bedrijven, hedgefondsen en andere financiële instellingen hebben te maken met zeer gevoelige gegevens zoals klanttransacties en contracten. Deze gegevens moeten voor een langere periode privé en beveiligd blijven.

De meeste bancaire activiteiten, zoals de prijsstelling van beveiligingen, brengen een hoge mate van rekenkundige complexiteit met zich mee. In het geval van optieprijsstelling ontstaat er extra complexiteit vanwege de noodzaak om in te spelen op snel veranderende markten.

Zo zijn financiële instellingen altijd op zoek naar manieren om de prijs van aandelenopties efficiënt te bepalen, terwijl de gegevens van de klanten veilig blijven. Het onderzoek heeft aangetoond dat quantum computing een groot potentieel heeft om dergelijke kritieke financiële problemen op te lossen.

Als het gaat om het simuleren van kwantummechanica en andere algoritmen, zoals het algoritme van Grover voor kwantumzoeken en het algoritme van Shor voor factorisatie, kunnen kwantumcomputers gemakkelijk beter presteren dan klassieke computers.

Basisprincipes van Quantum Computing 

Het werkingsprincipe van kwantumcomputers is gebaseerd op de kwantumfysica, die aantoont dat bepaalde eigenschappen van deeltjes op elk moment in twee verschillende toestanden, of een combinatie van twee toestanden, blijven. In tegenstelling tot klassieke computers die werken op dualistische verwerkingssystemen (0s en 1s), kunnen kwantummachines tegelijkertijd 0 en 1 zijn of een combinatie van 0 en 1.

Omdat het kwantumsysteem in meerdere toestanden tegelijkertijd kan bestaan ​​(dit fenomeen wordt superpositie genoemd), kan het veel gecompliceerdere taken uitvoeren die buiten het bereik van klassieke supercomputers vallen. Dit opent de verkenning van enorme rekenmogelijkheden.

De uitkomsten van kwantumberekening zijn ook anders dan die van hun binaire tegenhangers. Ze zijn probabilistisch (in plaats van deterministisch), wat betekent dat de output kan verschillen, zelfs als de input hetzelfde blijft. Dezelfde berekening moet dus meerdere keren worden uitgevoerd om ervoor te zorgen dat de resultaten convergeren naar een gemiddelde.

Terwijl klassieke computers met bits werken, wordt de basiseenheid van kwantuminformatie een qubit (of een kwantumbit) genoemd. Het kan worden geconstrueerd als fotonen, elektronen of kernen. Voorbeelden zijn de polarisatie van een foton waarbij de twee toestanden de 'horizontale polarisatie' en 'verticale polarisatie' kunnen zijn; of de spin van een elektron waarin twee toestanden 'spin up' en 'spin down' kunnen zijn.

Volgens de kwantumwetten kan een qubit zich tegelijkertijd in een coherente superpositie van beide toestanden bevinden. Een kwantumcomputer met twee qubits kan bijvoorbeeld de toestanden '00' '01' '10' '11' hebben. Een klassieke computer zou hiervoor 4 bits nodig hebben.

Evenzo kunnen 3 qubits hetzelfde aantal zijn als 8 binaire bits, 4 qubits hetzelfde als 16 bits, 5 qubits hetzelfde als 32, 6 qubits hetzelfde als 64, enzovoort. Om dit in perspectief te plaatsen:een systeem van 300 qubits kan meer toestanden hebben dan het totale aantal atomen in het universum. Zelfs de krachtigste klassieke supercomputer zou die hoeveelheid gegevens nooit kunnen verwerken.

Daarom tonen financiële instellingen grote interesse in quantum computing. Hoewel geen enkele kwantummachine nog geavanceerd genoeg is om taken uit te voeren die een klassieke computer niet kan, is er grote vooruitgang aan de gang.

Lees:22 interessantste feiten over kwantumcomputers

Kwantumgeldsysteem

In het standaard bankmodel wordt geld in drie verschillende vormen herkend:goederengeld, fiatgeld en fiduciair geld.

We hebben de afgelopen tien jaar ook de opkomst van cryptocurrencies gezien, maar deze is nog niet algemeen herkenbaar. Het is een digitaal betalingssysteem dat geen centrale uitgevende of regulerende autoriteit heeft. In plaats daarvan is het gebaseerd op een gedistribueerd grootboek dat bekend staat als de blockchain, een overzicht van alle transacties die door valutahouders worden bijgehouden.

Quantumgeld tilt dingen naar een hoger niveau. Het past een kwantumcryptografische protocol toe om valuta's te genereren en te valideren. Omdat willekeurige kwantumtoestanden niet perfect kunnen worden gekopieerd, is het onmogelijk om kwantumgeld te vervalsen.

Het idee ziet er op papier geweldig uit, maar het is niet haalbaar om met de huidige technologie te implementeren. Dit komt omdat kwantumgeld de willekeurige kwantumtoestanden moet opslaan in kwantumgeheugen, een kwantummechanische versie van conventioneel computergeheugen.

Hoewel jarenlang onderzoek en experimenten het kwantumgeheugen in staat hebben gesteld om qubits op te slaan, kan dit slechts voor een zeer korte tijd. Veel onderzoeksinstituten over de hele wereld werken aan nieuwe materialen om herinneringen te creëren die de door licht gedragen kwantuminformatie kunnen bevatten.

Voordelen van Quantum Financial System

Terwijl voor een verdubbeling van het vermogen van een conventionele computer ongeveer tweemaal het aantal transistors nodig is dat aan een taak werkt, kan het vermogen van een kwantumcomputer worden verdubbeld door slechts één qubit toe te voegen. Daarom kan het aanzienlijk voordelig zijn voor starters.

Quantum computing kan financiële instellingen in staat stellen om in het komende decennium zeer specifieke bedrijfsproblemen op te lossen en sommige operationele processen opnieuw te ontwerpen.

Klanttargeting en voorspellingsmodellering :Quantumcomputers zijn uitzonderlijk goed in het vinden van verborgen patronen in complexe datastructuren, het uitvoeren van classificaties en nauwkeurige voorspellingen.

Fraudedetectie :Financiële instellingen verliezen elk jaar $ 20- $ 45 miljard aan inkomsten als gevolg van fraude en slechte servicebeheerpraktijken. Bestaande fraudedetectiesystemen zijn niet zo betrouwbaar. Ze retourneren 80% valse positieven, waardoor de banksector het grootste deel van de tijd in gevaar blijft.
Quantumcomputing kan een definitief voordeel bieden in de strijd tegen betalingsfraude. De kracht van exponentiële snelheid, afgeleid van kwantumsuperpositie en verstrengeling, kan helpen bij het opnieuw evalueren van verschillende mogelijke oplossingen om fraudedetectiealgoritmen te optimaliseren.

Klantbeheer :Quantum computing kan processen perfect stroomlijnen en medewerkers helpen om de klantervaring vlekkeloos te maken.

Portefeuillebeheer :Quantum computing heeft het potentieel om modellen voor de prijsbepaling van activa te versnellen en prestatieverbeteringen te bewerkstelligen. Het kan een groot aantal optimalisatieberekeningen maken in een fractie van de tijd zonder de noodzaak om benaderingen te gebruiken.

De combinatorische optimalisatiemogelijkheden kunnen beleggers helpen de diversificatie van de portefeuille te verbeteren, portefeuille-investeringen opnieuw in evenwicht te brengen volgens de marktomstandigheden en einddoelen, en de handelsafwikkelingsprocessen efficiënt te stroomlijnen.

Recente ontwikkelingen in Quantum Finance

De vooruitgang die de afgelopen 10 jaar is geboekt in de richting van kwantumsuprematie, bewijst dat kwantumcomputers beter in staat zijn om bepaalde specifieke problemen op te lossen dan conventionele computers.

In 2014 heeft een team van onderzoekers uit Nederland bijvoorbeeld de mogelijkheden van de kwantummechanica aangewend om een ​​fraudebestendige techniek te ontwikkelen voor het authenticeren van een creditcard/betaalpas die vrijwel onmogelijk te omzeilen is.

In 2018 publiceerden Canadese onderzoekers een kwantumalgoritme voor de Monte Carlo-prijsstelling van financiële derivaten, waarbij ze een methode demonstreerden om relevante kansverdelingen in kwantumsuperpositie te creëren en een techniek om de prijs van financiële derivaten te extraheren door middel van kwantummetingen.

In 2020 stelde David Orrell een prijsmodel voor binomiaal opties voor op basis van een kwantumwandeling die rechtstreeks op een kwantumapparaat kan worden uitgevoerd. In hetzelfde jaar werden D-Wave-quantumcomputers gebruikt om het Portfolio Optimization-probleem op te lossen. De resultaten waren veelbelovend:de prestaties van de D-Wave-hardware (hoewel beperkt in omvang) zijn vergelijkbaar met supersnelle klassieke computers.

In 2021 ontwikkelde een groep onderzoekers kwantumalgoritmen voor hoogfrequente statistische arbitragehandel door gebruik te maken van variabele tijdsvoorwaarde-getallenschatting en kwantum lineaire regressie.

Het heden en de toekomst van Quantum Finance

Quantum computing-technologie is nog niet volledig ontwikkeld. In feite zijn de meeste voordelen en toepassingen nog conceptueel. De hele banksector heeft dus twee keuzes:

• Wacht op de technologie en reageer alleen wanneer kansen of bedreigingen worden geïdentificeerd.
• Of maak verbinding met de kwantumwereld, identificeer gebruiksscenario's en integreer kwantumbeveiligingsoplossingen.

De tweede optie lijkt beter. Veel investeringsbanken en financiële dienstverleners, waaronder JPMorgan Chase, HSBC en Wells Fargo, zijn al begonnen miljoenen dollars te pompen in kwantumonderzoeks- en innovatieprogramma's.

Een groot aantal onderzoeks- en engineeringwerkzaamheden is gewijd aan de realisatie van kwantumalgoritmen met aanzienlijke polynomiale versnellingen in subroutines voor het laden en verwerken van gegevens.

Tot nu toe is er geen praktische toepassing van kwantumcomputing met exponentiële snelheid ten opzichte van zijn klassieke tegenhanger uitgevonden, maar er zijn talloze veelbelovende modellen voorgesteld.

IBM is er bijvoorbeeld in geslaagd om 127 qubits in zijn eigen kwantumcomputerchip te stoppen. De processor gebruikt meerdere lagen om signaaldragende draden te hosten, waardoor nauwkeurige uitlezingen van de qubits mogelijk zijn. Hoewel de techniek gebruikelijk is in klassieke chips, is het een enorme prestatie in de wereld van quantum computing.

De verwachting is dat kwantumcomputers eind 2030 de capaciteiten van klassieke computers zullen overtreffen. Techreuzen, waaronder IBM en Google, werken aan kwantummachines die honderden kwantumbits kunnen bevatten. IBM heeft zijn ambities concreter gemaakt door een blauwdruk vrij te geven voor de ontwikkeling van kwantumcomputers, met als doel het ontwikkelen van een 1000-qubit-computer.

Dit zal een ontwrichtend effect hebben op tal van sectoren, met name de financiële sector. Naar schatting is de financiële sector zelfs de eerste sector die op korte en lange termijn profiteert van kwantumcomputing.

De toekomstige vorderingen van quantum computing binnen bank- en financiële instellingen zijn echter niet zonder uitdagingen. Identificeren welke problemen efficiënt kunnen worden opgelost door kwantummachines, de interface verbeteren voor een betere toegankelijkheid, de infrastructuur upgraden om deze technologie aan te passen en de interesse in dergelijke kwantummachines uitbreiden tot buiten een elitegroep van artsen en wiskundigen - dit zijn enkele van de uitdagingen in dit gebied dat in de nabije toekomst moet worden afgehandeld.

Over het algemeen is het toepassen van op kwantum gebaseerde oplossingen geen kortetermijnproces. Het is niet zoals het upgraden van uw softwaresystemen waarbij u op een knop klikt en klaar bent met alles. Het is een traject van lange adem en het hangt niet alleen af ​​van het vermogen van de banksector om problemen te definiëren en de infrastructuur aan te passen, maar ook van het vermogen om personeel en klanten in dit proces te betrekken.

Veelgestelde vragen

Wat zijn de meest populaire kwantumalgoritmen?

Een kwantumalgoritme is een stapsgewijze instructie, waarbij elke stap op een kwantumcomputer kan worden uitgevoerd. De term 'kwantum' wordt gebruikt voor die algoritmen die gebruikmaken van enkele basiskenmerken van kwantumberekeningen, zoals kwantumverstrengeling of kwantumsuperpositie.

Deze algoritmen kunnen op verschillende gebieden worden toegepast, waaronder zoeken en optimaliseren, cryptografie, het oplossen van lineaire vergelijkingen van grote systemen en simulatie van kwantumsystemen. De vijf meest populaire kwantumalgoritmen zijn —

1. Shors algoritme :factoren gehele getallen in polynomiale tijd
2. Algoritme van Grover :kan de ongestructureerde zoekproblemen snel oplossen
3. Simons algoritme :lost een specifiek probleem exponentieel sneller en met minder vragen op dan het beste deterministische klassieke algoritme.
4. Bernstein–Vazirani-algoritme :is ontwikkeld om een ​​orakelscheiding tussen complexiteitsklassen BPP en BQP te bewijzen.
5. Deutsch–Jozsa-algoritme: was de eerste die aantoonde dat het voordelig kan zijn om een ​​kwantumcomputer te gebruiken als rekenhulpmiddel voor een bepaald probleem.

Wanneer begint het financiële kwantumsysteem?

Het tijdperk van het kwantum financiële systeem staat op het punt te beginnen. Binnen het volgende decennium zal kwantumcomputing hoogstwaarschijnlijk een van de mainstream-oplossingen in de financiële sector worden.

Volgens het MarketsandMarkets Research-rapport wordt verwacht dat de marktomvang voor kwantumcomputing in 2026 $ 1,76 miljard zal bereiken, van $ 472 miljoen in 2021, met een CAGR van 30,1% tijdens de prognoseperiode. De vroege acceptatie van op kwantum gebaseerde technologieën in de financiële sector zal naar verwachting de groei van de markt wereldwijd stimuleren.

Welke banken investeren in quantum computing?

J.P. Morgan, Goldman Sachs, Citigroup, Mitsubishi Financial Group, Barclays, Wells Fargo, BNP Paribas, HSBC en Japan Post Bank – ze steken allemaal miljoenen dollars in deze technologie; sommigen zijn begonnen te experimenteren met toepassingen voor kwantumcomputers.

Kun je investeren in quantum computing?

Ja, er zijn veel kansen beschikbaar voor investeerders die willen wedden op kwantumcomputertechnologie. Een aantal bedrijven die in dit gebied actief zijn, zijn genoteerd aan de New York Stock Exchange. Er is ook een quantum computing ETF (defiance quantum ETF) beschikbaar om meer algemene bekendheid met deze industrie te krijgen.