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产业数字金融观察 | 量子计算打通银行数据存储、计算和安全的“任督二脉”

2022.06.24

导读

你可能讲过“遇事不决、量子力学”的段子,也可能听说过“量子速读”的荒唐,因为“量子”实在是当下的热门研究领域,量子信息技术已被纳入国家“十四五规划”。银行高质量数字化转型离不开对先进数字技术的应用,量子计算的价值越来越受到重视。量子叠加、纠缠、随机等特性能够突破经典计算的极限,使银行在数据存储、计算和安全等方面实现质的飞跃。下面,我们就从量子计算的特性和优势入手,看一看量子计算如何打通银行数据存储、计算和安全的“任督二脉”。

1、掀开量子计算的面纱

量子计算是一种遵循量子力学规律、调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。它最早由阿岗国家实验室的P. Benioff于20世纪80年代初期提出,最初的几十年停留在物理本质探讨方面。近些年,中国科技大学的潘建伟团队在量子计算算法实践方面取得了重要进展,使得量子计算的现实应用场景成为了可能。

要理解量子计算,就要从经典计算讲起。现在流行的计算机的计算模式被称为经典计算,信息量的基本单位是比特,在二进制中取值不是0就是1。与经典计算相比,量子计算的基本单位是量子比特,在取值前处于不确定的状态,即叠加态,也就是说,量子比特可以同时处于“0”和“1”的状态。

量子计算VS经典计算

图源网络
制图:聚量集团

举一个或许不太严谨但通俗易懂的例子:比如要走一个迷宫,它只有一个出口,但是有一千条岔路。经典比特就像是一个普通人,想要走出去就只能一条路一条路地试,运气不好的话,要试一千次才能走出迷宫。而量子比特就像是孙悟空,他可以拔出一根毫毛变出一千个自己,在同样时间内把所有的道路走一遍,直接走出迷宫。

如果把0看做是走错路,把1看做是走对了路,那么经典比特只能在走对和走错之间二选一,走错了还必须回来尝试另一条路,因此要走出迷宫,经典计算就必须不停地对0和1进行排列组合。而量子比特可以同时走对和走错(也就是前文所说的叠加态),只要一次就可以试完迷宫所有的路,把0和1的全部排列组合一次性全列出来。在这种情况下,量子计算要比经典计算拥有高得多的效率。

2、量子计算三大优势

量子计算提供了一种从根本上实现并行计算的思路,能为人工智能、密码分析、气象预报、资源勘探、药物设计等所需的大规模计算难题提供解决方案。而它之所以能广泛应用,是因为相较经典计算,量子计算拥有诸多优势。

存得多

量子叠加的特性决定了在同样比特数量的情况下,量子比特能存储比经典比特更多的信息。比如,把一个“0”和一个“1”放在一起,会有4个组合状态:00、01、10、11。两个经典比特只能是其中的一种状态,而两个量子比特可以同时包含这4个状态,相当于使用经典比特只能储存1条信息,而使用量子比特可以储存4条信息。比特数量越多,使用量子比特储存的信息量越会呈指数倍增长。

算得快

除了叠加,量子还具有一个特性是“纠缠”,纠缠性可以让多个量子比特共享状态,创造出“超级叠加”的量子并行计算,计算能力也随着比特数增加呈指数级增长。如果传统计算的速度是“自行车”,那么量子计算的速度就是“飞机”。

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保护得好

量子行为还存在一定的“随机性”,构成量子处理器的粒子的行为方式完全不可预测。就像《阿甘正传》里的经典台词一样:“人生就像一盒巧克力,你永远不知道下一块是什么味道。”因此,这种不可预测的量子行为,可用于确定即使使用最强大的超级计算机也无法进行逆向工程的加密密钥,从而达到对敏感数据的保护。

3、打通“任督二脉”

正是因为量子计算具备这些无可比拟的特性,所以,在数字经济时代,面对海量数据的处理需求和银行对数据安全的严格要求,量子计算成为打通银行数据存储、计算和安全需求的“任督二脉”。

提升数据存储与数据处理能力

银行在高质量数字化转型、开展产业金融服务的过程中,会获得企业多维度的海量数据。要处理这些复杂和高维的数据,现有经典计算机在数据存储能力、处理能力、处理速度、能耗等方面的问题逐渐显现,降低了银行运营和风控的效率。而量子计算强大的并行计算能力,为银行在同等能耗的前提下提升数据储存与数据处理能力,开辟了全新路径。

精准甄别欺诈行为

结合量子计算特性的新型机器学习算法被称之为量子机器学习,它能够借助量子计算的高并行性,进一步优化大数据风控模型,精准识别欺诈行为。Multiverse Computing公司的CEO Lizaso表示:“量子算法在甄别欺诈行为方面十分有效,甄别速度超出现有算法约100倍。”

保护数据安全传输

采用传统手段加密的数据,在金融信息网络信道中被传输时,存在被第三方破译、监听、篡改、伪造等风险。作为一种新型的保密技术,基于量子计算的量子通信技术,可以利用量子纠缠效应传递信息,能够大大提升金融信息网络中数据传输的安全性。

摩根大通、高盛和富国银行等外资银行在量子计算领域布局较早,在优化数据和信用评分模型、改变风险评估和交易等方面进行了诸多探索和尝试。其中,将量子计算应用于蒙特卡罗模拟是目前比较前沿的应用方式,它能将计算速度提高1000倍,提升信用评分模型的准确性。

国内银行也在不断探索量子计算的落地应用方式,尤其是国有大型商业银行与全国性股份制商业银行,在数据加密传输、风险管理等方面不断发力。如中国工商银行实施了“量子通信技术验证和应用示范项目”,在同城和异地量子通信方面率先进行应用,为客户提供安全数据传输服务。中国建设银行发布了业内首批量子金融应用算法,包括“量子期权定价算法”与“量子风险价值计量算法”,重点聚焦金融市场与风险管理,实现了国内金融领域对量子计算指数级加速能力的首次尝试。

总 结

作为一家懂金融的科技公司,聚均科技融合全球领先的全场景数字技术手段,形成技术优势,并联合中国技术经济学会、工信部中国中小企业发展促进中心、清华大学互联网产业研究院等机构,共同发起产业数字金融技术应用实验室,聚焦包括量子计算在内的数字科技在产业金融服务领域的集成创新和应用,积极构建产业数字金融技术生态,有效赋能金融机构产业金融服务的数字化转型。

参考文献:
  【1】Byteclicks:《量子计算机在8种行业应用案例》
  【2】黄一鸣:《量子机器学习算法综述》
  【3】焦卢玲:《量子科技现状及银行应用前景》
  【4】李平:《量子通信技术在金融业的创新研究与应用》
  【5】刘聪:量子计算在金融行业中的应用
  【6】Orus, R., Mugel, S., & Lizaso, E.:Quantum computing for finance: Overview and prospects
  【7】Lee, R. S.:Future trends in quantum finance


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