Sistemas Financeiros Quânticos: Visão Geral Clara e Prática

As finanças quânticas são um ramo da econofísica, um campo de pesquisa interdisciplinar heterodoxo que envolve a aplicação de teorias e técnicas para resolver problemas complexos em economia.

A implementação de tecnologia quântica em problemas financeiros — especialmente aqueles que lidam com dinâmicas não lineares, incerteza ou processos estocásticos — pode ser extremamente benéfica para os primeiros a adotarem. Reação mais rápida à volatilidade do mercado, análise de risco mais precisa e o uso de dados comportamentais para melhorar o engajamento do cliente são algumas das vantagens específicas que a computação quântica pode oferecer nas próximas décadas.

Se você está se perguntando se o sistema financeiro quântico poderia ser algo real, a resposta é sim. Pode parecer ficção científica para alguns, mas esta é uma tecnologia genuína.

Na verdade, o conceito de implementar dinheiro quântico foi introduzido em 1970 pelo físico pesquisador Stephen Wiesner. No entanto, permaneceu inédito até 1983, e uma maneira prática de desenvolvê-lo (usando métodos de programação semidefinida) foi inventada em 2013.

Hoje, o objetivo principal do Sistema Financeiro Quântico é facilitar a integridade consistente da movimentação de fundos, estimar com precisão a incerteza em modelos financeiros e eliminar as deficiências do sistema bancário central.

Sistema Financeiro Atual

O mundo financeiro evoluiu muito nos últimos 50 anos. Não faz muito tempo, a forma mais comum de pagar ao comprar algo era usar dinheiro em espécie. Agora temos muitas opções: usar cartão de débito/crédito ou pagar com um aplicativo ou carteira de criptomoedas no smartphone. A escolha é sua.

Atualmente, os 30 maiores bancos do mundo gerenciam mais de 55 trilhões de dólares combinados. Segundo a Associação da Indústria de Valores Mobiliários e Mercados Financeiros, o tamanho do mercado de títulos é superior a 119 trilhões de dólares mundialmente e 46 trilhões para o mercado dos EUA.

Neste mercado complexo, um vasto número de atividades de serviços financeiros (variando desde precificação de títulos até análise de risco) são realizadas a cada segundo. Cada atividade requer a capacidade de avaliar resultados de curto e longo prazo.

Para isso, as instituições financeiras utilizam algoritmos avançados e modelos de machine learning que medem probabilidades estatísticas. No entanto, esses modelos não são completamente precisos — todos vimos o que aconteceu durante a crise financeira de 2008.

A tecnologia atual ainda precisa amadurecer de várias maneiras para cumprir suas promessas. Assim, várias empresas financeiras estão testando novos processadores que aproveitam as leis da física quântica para processar volumes massivos de dados em velocidade sem precedentes. As possibilidades são infinitas.

Como a Computação Quântica Pode Ajudar?

Máquinas quânticas podem revolucionar indústrias que exigem enorme poder computacional, incluindo descoberta de novos medicamentos, fortalecimento de redes neurais profundas, modelagem de mercados financeiros e desenvolvimento de uma forma segura de comunicação (internet quântica). Neste artigo, focamos em como os computadores quânticos podem melhorar os sistemas financeiros atuais.

Setores bancários, empresas financeiras não bancárias, fundos de hedge e outras instituições financeiras lidam com dados muito sensíveis, como transações e contratos de clientes. Esses dados precisam ser mantidos privados e seguros por longos períodos.

A maioria das atividades bancárias, como precificação de segurança, envolve alto grau de complexidade computacional. No caso de precificação de opções, complexidade adicional surge devido à necessidade de responder a mercados em rápida mudança.

Assim, as instituições financeiras estão sempre buscando maneiras de determinar eficientemente o preço de opções de ações, mantendo os dados dos clientes seguros. A pesquisa mostrou que a computação quântica tem grande potencial para resolver tais problemas financeiros críticos.

Quando se trata de simular mecânica quântica e outros algoritmos, como o algoritmo de Grover para busca quântica e o algoritmo de Shor para fatoração, os computadores quânticos podem facilmente superar os computadores clássicos.

Fundamentos da Computação Quântica

O princípio de funcionamento dos computadores quânticos baseia-se na física quântica, que mostra que certas propriedades das partículas permanecem em dois estados diferentes, ou qualquer combinação de dois estados, a qualquer momento. Ao contrário dos computadores clássicos que funcionam em sistemas de processamento dualistas (0s e 1s), as máquinas quânticas podem ser simultaneamente 0 e 1, ou uma mistura de 0 e 1.

Como o sistema quântico pode existir em múltiplos estados exatamente ao mesmo tempo (este fenômeno é chamado superposição), ele pode realizar tarefas muito mais complexas que estão além do escopo dos supercomputadores clássicos. Isso abre a exploração de vastas possibilidades computacionais.

Os resultados da computação quântica também são diferentes de suas contrapartes binárias. Eles são probabilísticos (em vez de determinísticos), o que significa que as saídas podem diferir mesmo se a entrada permanecer a mesma. Assim, o mesmo cálculo deve ser feito várias vezes para garantir que seus resultados converjam para uma média.

Enquanto os computadores clássicos trabalham com bits, a unidade básica de informação quântica é chamada de qubit (ou bit quântico). Pode ser engenheirado como fótons, elétrons ou núcleos. Exemplos incluem a polarização de um fóton, em que os dois estados podem ser "polarização horizontal" e "polarização vertical"; ou o spin de um elétron, em que dois estados podem ser "spin up" e "spin down".

Segundo as leis quânticas, um qubit pode estar em uma superposição coerente de ambos os estados ao mesmo tempo. Por exemplo, um computador quântico de dois qubits poderia ter estados "00", "01", "10", "11". Um computador clássico exigiria 4 bits para alcançar isso.

Da mesma forma, 3 qubits podem ser a mesma quantidade que 8 bits binários, 4 qubits o mesmo que 16 bits, 5 qubits o mesmo que 32, 6 qubits o mesmo que 64, e assim por diante. Para colocar em perspectiva, um sistema de 300 qubits pode ter mais estados que o número total de átomos no universo. Mesmo o supercomputador clássico mais poderoso nunca poderia processar essa quantidade de dados.

É por isso que as instituições financeiras estão demonstrando grande interesse em computação quântica. Embora nenhuma máquina quântica seja ainda avançada o suficiente para realizar tarefas que um computador clássico não consiga, grandes progressos estão em andamento.

Sistema de Dinheiro Quântico

No modelo padrão de bancos, o dinheiro é reconhecido em três formas diferentes: dinheiro-mercadoria, dinheiro fiduciário e dinheiro fiduciário (fiat).

Também vimos o surgimento das criptomoedas na última década, mas ainda não são amplamente reconhecidas. É um sistema de pagamento digital que não tem nenhuma autoridade emissora ou reguladora central. Em vez disso, baseia-se em um livro-razão público distribuído conhecido como blockchain, um registro de todas as transações mantidas pelos detentores da moeda.

O dinheiro quântico leva as coisas para o próximo nível. Aplica protocolo criptográfico quântico para gerar e validar moedas. Como estados quânticos arbitrários não podem ser copiados perfeitamente, é impossível falsificar dinheiro quântico.

A ideia parece ótima no papel, mas não é viável implementar com a tecnologia atual. Isso porque o dinheiro quântico requer armazenar estados quânticos arbitrários em memória quântica, uma versão quântico-mecânica da memória de computador convencional.

Embora anos de pesquisa e experimentos tenham permitido que a memória quântica armazene qubits, ela só pode fazer isso por um tempo muito curto. Muitos institutos de pesquisa ao redor do mundo estão trabalhando em novos materiais para criar memórias que possam manter a informação quântica transportada pela luz.

Benefícios do Sistema Financeiro Quântico

Enquanto dobrar a potência de um computador convencional requer aproximadamente o dobro do número de transistores trabalhando em uma tarefa, a potência de um computador quântico pode ser dobrada adicionando apenas um qubit. Portanto, poderia ser significativamente benéfico para os primeiros a adotarem.

A computação quântica pode permitir que instituições financeiras resolvam problemas de negócios muito específicos e reengenheirem alguns processos operacionais na próxima década.

Segmentação de clientes e modelagem preditiva

Computadores quânticos são excepcionalmente bons em encontrar padrões ocultos em estruturas de dados complexas, realizar classificações e previsões precisas.

Detecção de fraude

Instituições financeiras perdem 20 a 45 bilhões de dólares em receita todos os anos devido a fraudes e práticas ruins de gestão de serviços. Sistemas existentes de detecção de fraude não são tão confiáveis. Eles retornam 80% de falsos positivos, fazendo com que o setor bancário permaneça em risco a maior parte do tempo. A computação quântica pode oferecer uma vantagem definitiva na batalha contra fraudes de pagamento. O poder de velocidade exponencial, derivado da superposição e emaranhamento quântico, pode ajudar a reavaliar várias soluções possíveis para otimizar algoritmos de detecção de fraude.

Gestão de clientes

A computação quântica poderia otimizar perfeitamente processos e ajudar a equipe a tornar a experiência do cliente impecável.

Gestão de portfólio

A computação quântica tem o potencial de acelerar modelos de precificação de ativos e cultivar melhorias de desempenho. Pode fazer uma miríade de cálculos de otimização em uma fração do tempo sem a necessidade de usar aproximações. Suas capacidades de otimização combinatória podem ajudar investidores a melhorar a diversificação do portfólio, rebalancear investimentos de portfólio de acordo com as condições de mercado e objetivos finais, e agilizar eficientemente processos de liquidação de negociações.

Desenvolvimentos Recentes em Finanças Quânticas

O progresso feito nos últimos 10 anos em direção à supremacia quântica prova que computadores quânticos são mais capazes de resolver alguns problemas específicos do que quaisquer computadores convencionais.

Em 2014, por exemplo, uma equipe de pesquisadores da Holanda aproveitou as capacidades da mecânica quântica para desenvolver uma técnica à prova de fraude para autenticar cartão de crédito/débito que é virtualmente impossível de contornar.

Em 2018, pesquisadores canadenses publicaram um algoritmo quântico para precificação de Monte Carlo de derivativos financeiros, demonstrando um método para criar distribuições de probabilidade relevantes em superposição quântica e uma técnica para extrair o preço de derivativos financeiros através de medições quânticas.

Em 2020, David Orrell propôs um modelo de precificação de opções binomial baseado em uma caminhada quântica que pode ser executado diretamente em um dispositivo quântico. No mesmo ano, computadores quânticos D-Wave foram usados para resolver o problema de Otimização de Portfólio. Os resultados foram muito promissores: o desempenho do hardware D-Wave (embora limitado em tamanho) é comparável a computadores clássicos super-rápidos.

Em 2021, um grupo de pesquisadores desenvolveu algoritmos quânticos para negociação de arbitragem estatística de alta frequência usando estimativa de número de condição de tempo variável e regressão linear quântica.

O Presente e Futuro das Finanças Quânticas

A tecnologia de computação quântica ainda não está totalmente desenvolvida. Na verdade, a maioria de seus benefícios e aplicações ainda são conceituais. Assim, todo o setor bancário fica com duas escolhas:

• Ou esperar a tecnologia e reagir apenas quando oportunidades ou ameaças forem identificadas.
• Ou começar a se conectar com o mundo quântico, identificar casos de uso e integrar soluções de segurança quântica.

A segunda opção parece melhor. Muitos bancos de investimento e empresas de serviços financeiros, incluindo JPMorgan Chase, HSBC e Wells Fargo, já começaram a investir milhões de dólares em programas de pesquisa e inovação quântica.

Um grande corpo de pesquisa e trabalho de engenharia foi dedicado à realização de algoritmos quânticos com acelerações polinomiais substanciais em sub-rotinas de carregamento e processamento de dados.

Até agora, nenhuma aplicação prática de computação quântica com aceleração exponencial sobre sua contraparte clássica foi inventada, mas numerosos modelos promissores foram propostos.

A IBM, por exemplo, conseguiu colocar 127 qubits em seu chip proprietário de computação quântica. O processador usa múltiplas camadas para hospedar fios de transporte de sinal, que permitem leituras precisas dos qubits. Embora a técnica seja comum em chips clássicos, é uma grande conquista no mundo da computação quântica.

Espera-se que os computadores quânticos superem as capacidades dos computadores clássicos até o final de 2030. Gigantes da tecnologia, incluindo IBM e Google, estão trabalhando em máquinas quânticas que podem conter centenas de bits quânticos. A IBM tornou suas aspirações mais concretas ao lançar um plano para o desenvolvimento de computadores quânticos, que inclui o objetivo de desenvolver um computador de 1000 qubits.

Isso terá um impacto disruptivo em numerosas indústrias, particularmente finanças. Na verdade, estima-se que as finanças sejam o primeiro setor a se beneficiar da computação quântica no curto e longo prazo.

No entanto, os avanços futuros da computação quântica dentro de instituições bancárias e financeiras não estão isentos de desafios. Identificar quais problemas podem ser resolvidos eficientemente por máquinas quânticas, melhorar a interface para melhor acessibilidade, atualizar a infraestrutura para adequar-se a essa tecnologia e estender o interesse em tais máquinas quânticas além de um grupo de elite de físicos e matemáticos — estes são alguns dos desafios neste campo que precisam ser enfrentados no futuro próximo.

No geral, adotar soluções baseadas em quântica não é um processo de curto prazo. Não é como atualizar seus sistemas de software onde você clica em um botão e pronto. É uma jornada de longo prazo, e depende não apenas da capacidade do setor bancário de definir problemas e ajustar a infraestrutura, mas também de sua capacidade de incluir funcionários e clientes neste processo.

Perguntas Frequentes

Quais são os algoritmos quânticos mais populares?

Um algoritmo quântico é uma instrução passo a passo, onde cada passo pode ser executado em um computador quântico. O termo "quântico" é usado para aqueles algoritmos que utilizam algumas características básicas de computações quânticas, como emaranhamento quântico ou superposição quântica.

Esses algoritmos podem ser aplicados em vários campos, incluindo busca e otimização, criptografia, resolução de grandes sistemas de equações lineares e simulação de sistemas quânticos. Os cinco algoritmos quânticos mais populares são:

1. Algoritmo de Shor: fatora inteiros em tempo polinomial
2. Algoritmo de Grover: pode resolver rapidamente problemas de busca não estruturados
3. Algoritmo de Simon: resolve um problema específico exponencialmente mais rápido e com menos consultas que o melhor algoritmo clássico determinístico
4. Algoritmo de Bernstein-Vazirani: foi desenvolvido para provar uma separação de oráculo entre classes de complexidade BPP e BQP
5. Algoritmo de Deutsch-Jozsa: foi o primeiro a mostrar que usar um computador quântico como ferramenta computacional para um problema particular pode ser vantajoso

Quando o sistema financeiro quântico começará?

A era do sistema financeiro quântico está prestes a começar. Dentro da próxima década, a computação quântica provavelmente se tornará uma das soluções mainstream no setor financeiro.

Segundo relatório da MarketsandMarkets Research, o tamanho do mercado de computação quântica deve atingir 1,76 bilhão de dólares até 2026, partindo de 472 milhões em 2021, crescendo a uma CAGR de 30,1% durante o período de previsão. A adoção precoce de tecnologias baseadas em quântica no setor financeiro deve impulsionar o crescimento do mercado mundialmente.

Quais bancos estão investindo em computação quântica?

J.P. Morgan, Goldman Sachs, Citigroup, Mitsubishi Financial Group, Barclays, Wells Fargo, BNP Paribas, HSBC e Japan Post Bank — todos estão investindo milhões de dólares nesta tecnologia; alguns já começaram a experimentar aplicações de computação quântica.

Você pode investir em computação quântica?

Sim, há muitas oportunidades disponíveis para investidores que querem apostar na tecnologia de computação quântica. Várias empresas que trabalham nesta área estão listadas na Bolsa de Valores de Nova York. Um ETF de computação quântica (Defiance Quantum ETF) também está disponível para obter exposição mais geral a esta indústria.