量子计算金融应用白皮书

QuantumfntemetJndustryAJliance 量子计算金融应用白皮书 量子信息网络产业联盟 2023年5月 声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、现点、建设等：均不构成投资或法律建议，也不应替代律师意见： 本报告所有材料或内容的知识产权归量子信息网络产业联盟所有 （注明走可自其他方的内容除外）、并受法律保护。如转载联系本联盟并获得授权许可：未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转、汇编、转让、出售等方式使川，不得将报否的个部或部分内容通过网络方式传播：不得在任何公开场合使川报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任： 量子信息网络产业联盟 联系电话：010-62.300.592 邮箱：qiia(caict.ac.cn 编制说明 H皮书编写单位：建信金融科技有限责任公司、中国信息通信研究院、本源量子计算科技（合爬）股份有限公司、国并启科量子技术（北京）有限公司、北京坡色量子科技有限公司、围科量子通信网络有限公司、九州量子信息技术股份有限公司、中兴通讯股份有限公司、四川元匠科技有限公司、电了科技大学、成都信息工程大学、中山大学、成都光子盒科技有限公司： 编写组成员吴磊、赖俊森、李、庄希宁、袁野为、葛志猫、周卓俊、陈敬伟、支凯、马寅、袁为、缪亚军、李朗翰、李飞龙、甜辉、张文科、林越、张军、缕贵海、王琦、吴灵、卢刚静、李晓瑜、宋钦圣、张仕斌、吕燕、罗乐、顾成建、土素妍 前言 经典计算机已经无法满足人类日益增长的特殊算力需求。算力 更频大的量了计算机成为各围竞争的焦点之一： 量子技术具备颠覆当前信息技术竞争格局的潜力，加强量子科技投入，学握关链核心技术，推进量子产业链培育，已成为世界大围的普遍共识：美围的“国家量了行动入QI”、欧盟的量了旗舰计划”、 以及我国的“十四五规划”：均将量子技术作为围家核心战略科技来 推进：国内外金融机构纷纷与量子科技公司进行合作，开展量子技 术在金融行业的应川研究： 量了计算金融应川值此发展热測，编制相应的白皮书有利于总 结当前发展成果，梳理技术发展脉络，点明未来研究的方向： 量子计算金融应用白皮书将主要分为五个部分，从量了计算的背景与发展、量了计算与金融业、量了计算金融应川领域、量了计算金融应川探索进展以及量子计算金融应川发展五个度对量子计算金融应川进行分析讨论。力求覆盖量了计算金融应川相关主题，成为量了计算金融应川从业者的重要参考资料，推动构建量了子计算 金融应川生态：并助力金融产业和量了技术协同发展 目录 一，量了计算的背景与发展 1 （一）量了计算的背景 1 （二）量子计算的发展 3 （三）量了计算的优势 8 二·量了计算与金融业 10 （一）量了计算赋能金融业 10 （二）虽子计算金融应用价值 1.3 三·量子计算金融应用领域 15 （）虽子组合优化 15 （二）量广机器学习 21 （三）虽子模拟算法 27 四·量子计笠金融应用探索进展 30 （）北美应用探索 30 （二）欧洲应川探索 35 （三）业太应用探索 41 五，虽子计节金融成用发展 47 （一）量子计算金融成用发展趋势 47 （二）量了计算金融应川发展建议 50 图目录 图1经典比特与量了比特对比4 图2量子计算用例分析11 图3量子训算金融发展趋势预测49 表目录 表1量子计算机工程化时期重要事件列举5 表2量了计算在不同阶段对金融的预期影响11 表3国际前十名超级计算机能耗表15 表4部分量了计算金融应用领域29 丧5欧美量了计算金融应川探索41 一一、、量量子子计计算算的的背背景景与与发发展展 ((一一))量量子子计计算算的背的景背景 量量子子技技术术作作为为20世20纪世最纪伟大最的伟科大学的发科现学之一发1现，之它一自11，92它0年自问1920年问世世以以来来就就催催生生了了核核磁磁共共振振、、激激光光等等新新技技术术成成果。果自。第自一第次一量次子量技子术技革术革命命开开始始，，量量子子科科技技在在宏宏观观世世界界逐逐渐渐普普及及应应用用，人，人类在类系在统系性统观性测观与测调与调控控微微观观粒粒子子方方面面能能力力大大幅幅提提升升，，量量子子技技术术在信在息信采息集采、集处、理处和理传和输传领输领域域应应用用的的可可能能性性正正在在成成为为现现实实。。儿几个个世世纪纪以来以，来人，类人探类索探微索观微粒观子粒的子的进进程程从从未未停停款歇，，从从“探“测探时测代时”到代“调”到控“时调代控”，时随代着”人，类随对着微人观类粒子对探微观粒子探究究的的逐逐渐渐深深入入，，量量子子技技术术的的发发展展也也进进入入快快车道车。道本。世本纪世以纪来以，来量，子量技子技术术迎迎来来了了对对微微观观量量子子操操控控的的第第二二次次革革命浪命潮浪，潮以，量以子量计子算计、算量、子量通子信通信和和量量子子精精密密测测量量为为代代表表的的科科技技成成果果进进展目展薪日月新异月，异在，信在息信获息取获、取传、输传输和和处处理理方方面面都都体体现现出出巨巨大大的的应应用用价价值值潜力潜，力并，并已已经应经用应在用能在源能、源国、防国、防、航航天天、、通通信信、、生生命命科科学学等等领领域域，，为为人人类类生生活活质质量及量科及技科发技展发带展来带诸来多诸多正正面面影影响响。。 在在第第二二次次量量子子技技术术革革命命中中，，量量子子计计算算、、量量子子通通信信和量和子量精子密精测密量测量等等领领域域的的技技术术突突破破成成为为当当前前量量子子信信息息技技术破术局破的局关的键关。键其。中其，中量，子量通子通信信产产业业化化进进程程相相对对较较快快，，目目前前已已经经在在基基于于卫卫星星或或光纤光网纤络网的络长的距长离距传离传 1DowlingJP,MilburnGJ.Quantumtechnology:thesecondquantumrevolution[J].PhilosophicalTransactions 1DowlingJP,MilbumGJ.Quantumtechnology:thesecondquantumrevolution[J].PhilosophicalTransaction oftheRoyalSocietyofLondon.SeriesA:Mathematical,PhysicalandEngineeringSciences,2003,3611809: oftheRoyalSocietyofLondon.SeriesA:Mathematical,PhysicalandEngineeringSciences,2003,3611809 1655-1674. 1655-1674 输输和和产广域域组组网网应应用用上取上得取重得要重进要展进。2展01。62年081月6，年“墨8子月号，”“量墨子子科号学”量子科学实实验验卫卫星星在在酒酒桌泉卫卫星星发发射射中中心心成成功功发发射射，标，标志志着着中国中在国量在子量通子信通研信究研究领领域域在在世世界界范范围围内内率率先取先得取重得大重突大破突。2破01。7年2091月7，年全9长月20，00全公长里2000公里量量子子保保密密通通信信十干线线一—一京—沪“京十线沪”干止式线开”正通式，2开02通1年，12月02，1我年国1实月现，我国实现44660000公公里里星星地地量量子子密密钥钥分分发，发初，步初构步建构大建地天一地体一化体域化量子广通域信量网子通信网雏维形形。。同同时时，，在在量量子子精精密密测测量量研研究究领领域域，，国国内内外外科学科研学究研与究技与术技应术用应用齐齐头头并并进进、、各各具具优优势势。2。021091年9，年美，国美和国加和拿加大的拿科大学的家科利学用家光子利纠用缠光子纠缠和和自自适造应应反反馈馈技技术术，，实实现现了了超超越越标标准准量量子子极限极的限光的场光相场位相测位量测，量为，光为光学学传传感感和和量量子子信信息息处理处提理供提了供新了的新可能的。可2能02。0年20，20中年国，和中美国国的和科美学国的科学家家利利用用金金刚刚石石氮氮--空空位位（（NNVV））色色心心的的量量子特子性特，性实，现实了现纳了米纳核米磁核共磁振共振二二维维谱谱的的加加速速探探测测，，为为单单分分子子结结构构解解析析和和生生物物医医学诊学断诊提断供提了供新了的新手的手段段。。与与之之相相较较，，量量子子计计算算领领域域技技术术攻攻关关难难度度较大较，大但，近但儿近年几受年到受了到越了越来来越越多多的的关关注注。。过过去去十十年年，，IBIBMM、、谷谷歌歌等等科技科巨技头巨在头量在子量计子算计领算域领的域的深深入入布布局局，，使使得得量量子子计计算算机机的的可可用用量量子子比比特数特量数迅量速迅增速加增，加目，前目已前经已经进进入入了了“含“含噪噪声声的中的型中量型子量”（子N”I（SQN）IS时Q代），时并代在，多并条在技多术路条线技取术得路了线取得了 显显著著的的突突破破，，其其中中，，超超导导量量子子比比特特数数量量已已经经达到达了到百了位百量位级量，级离，子离阱子阱技技术术也也突突破破了了上上平千量量子子体体积积的的里里程程碑碑。同。同时，时量，子量计子算计的算应的用应也用止也在正在积积极梭拓拓展展，，在在该该领领域域中中美美两两国国在在全全球球范范围围内内领跑领，跑融，资融规资模规已模经已超经过超过过过去去十十年年总总和和。。目目前前，，中中国国在在量量子子计计算算、、量量子子通通信和信量和子量精子密精测密量测三量三 大大领领域域均均位位于于世世界界第第一一梯梯队队。。22 ((二二))量量子子计计算的算发的展发展 2200世世纪纪2020年年代代初初，量，子量力子学力的学诞的生诞为生经为典经物典理物学理带学来了带全来新了的全新的视倪角角和和范范式式。。量量子子计计算算是是一一门门由由物物理理学学、、信信息科息学科、学计、算计科算学科和学光和电光电技技术术等等学学科科交交叉叉融融合合而而形形成成的的新新兴兴学学科，科其，基其础基是础量是子量力子学力。学量。子量计子计算算利利用用量量子子比比特特和和量量子子态态的的叠叠加加和和约纠缠缠等特等性特，性在，特在定特的定经的典经间典题问上题上实实现现有有效效地地解解决决或或加加速速求求解解过过程程。。 经经典典计计算算机机的的基基本信本息信单息位单是位比是特（比b特it）（，bi用t）0或，1用来表0或示和1存来表示和存储储，，二二者者只只能能取取其其一一。而。量而子量比子特比（特qu（bitq）u是bi量t）子是计量算子机计的最算小机信的息最小信息储储存存单单位位，，通通常常以以量量子子态态1｜0》0和〉|和1，｜或1〉二，者或的登二加者态的来叠表加示态。来与表示。与传传统统的的经经典典比比特特不不同同，，一一个个量量子子比比特特能能够够以以叠加叠态加的态形的式形存式在存，在一，次一次运运算算就就能能同同时时处处理理两两个个状状态态的的信信息息，，从从而而让让一一个量个子量比子特比具特有具更有强更大强大的的信信息息表表示示和和存存储储能能力力。。进进一一步步推推广广，，经经典典计计算算机机对对2"比2n特比的特数的据数执据执行行相相同同计计算算过过程程需需要要2"次2n操次作操，作而，量而子量计子算计机算只机需只要对需n要个对量子n比个量子比特特进进行行一一次次操操作作即即可可，，其其在在数数据据存存储储能能力力和和数数据处据理处能理力能上力都上超都越超了越了经经典典计计算算机机。。 2https://www.quantumchina.com/lzjs 3 专统二进电比特 减子比特 1* 计对性个让过大量,1行运 人起。人上智诺、会融、信是安垒、互状网 区性、加歧术 图图11经经典典比比特特与与量量子子比比特特对对比比 根根据据量量子子计计算算机机的的研研究究发发展展和和关关注注点点进行进细行分细，分截，至截目至前目量前子量计子计算算机机的的发发展展已已经经经经历历了了三三个个时时期期：