O que é Quantum Financial System? [Uma visão geral simples]

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 da economia.

Implementar a tecnologia quântica para problemas financeiros - especialmente aqueles que lidam com dinâmica não linear, incerteza ou processos estocásticos - pode ser extremamente benéfico para os pioneiros. Reação mais rápida à volatilidade do mercado, análise de risco mais precisa e emprego de dados comportamentais para melhorar o envolvimento 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 real, a resposta é sim. Pode soar como ficção científica para algumas pessoas, mas esta é uma tecnologia muito genuína.

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

Hoje, o objetivo principal do Sistema Quantum Financeiro é facilitar a integridade consistente do movimento dos fundos, estimar com precisão a incerteza nos modelos financeiros e eliminar a deficiência do sistema de banco central.

Sistema financeiro atual

O mundo financeiro evoluiu muito nos últimos 50 anos. Não muito tempo atrás, a forma mais comum de pagar ao comprar algo era usando dinheiro. Agora temos muitas opções. Use um cartão de débito / crédito ou pague com um aplicativo ou carteira de criptomoeda em seu smartphone. A escolha é sua.

Hoje, os 30 maiores bancos do mundo administram mais de US $ 55 trilhões juntos. De acordo com a Securities Industry and Financial Market Association, o tamanho do mercado de títulos é superior a US $ 119 trilhões em todo o mundo e US $ 46 trilhões para o mercado dos Estados Unidos.

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

Para fazer isso, as instituições financeiras utilizam algoritmos avançados e modelos de aprendizado de máquina que medem probabilidades estatísticas. No entanto, esses modelos não são totalmente precisos - todos nós vimos o que aconteceu durante a crise financeira de 2008.

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

Como a computação quântica pode ajudar?

As máquinas quânticas podem revolucionar os setores que requerem enorme poder de computação, incluindo a 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 confidenciais, como transações e contratos de clientes. Esses dados precisam ser mantidos privados e seguros por um longo período de tempo.

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

Assim, as instituições financeiras estão sempre procurando maneiras de determinar com eficiência o preço das opções de ações, enquanto mantêm os dados dos clientes seguros. A pesquisa mostrou que a computação quântica tem grande potencial para resolver esses problemas financeiros críticos.

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

Noções básicas de computação quântica

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

Como o sistema quântico pode existir em vários estados ao mesmo tempo (esse fenômeno é chamado de superposição), ele pode realizar tarefas muito mais complicadas 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 ser diferentes mesmo se a entrada permanecer a mesma. Assim, o mesmo cálculo deve ser feito várias vezes para garantir que seus resultados convergem para uma média.

Enquanto os computadores clássicos trabalham com bits, a unidade básica de informação quântica é chamada de qubit (ou bit quântico). Ele pode ser projetado como fótons, elétrons ou núcleos. Os exemplos incluem a polarização de um fóton em que os dois estados podem ser a 'polarização horizontal' e a 'polarização vertical'; ou o spin de um elétron em que dois estados podem ser ‘spin para cima’ e ‘spin para baixo’.



De acordo com 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 qubit poderia ter '00' '01' '10' '11' estados. Um computador clássico exigiria 4 bits para conseguir isso.

Da mesma forma, 3 qubits podem ter a mesma quantidade de 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 isso em perspectiva, um sistema de 300 qubit pode ter mais estados do que o número total de átomos do 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 na computação quântica. Embora nenhuma máquina quântica ainda seja avançada o suficiente para realizar tarefas que um computador clássico não pode, um grande progresso está em andamento.

Leia:22 fatos mais interessantes sobre computadores quânticos

Sistema de dinheiro quântico

No modelo padrão de banco, o dinheiro é reconhecido em três formas diferentes:moeda-mercadoria, moeda fiduciária e moeda fiduciária.

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

O dinheiro quântico leva as coisas para o próximo nível. Ele aplica o protocolo criptográfico quântico para gerar e validar moedas. Visto que estados quânticos arbitrários não podem ser perfeitamente copiados, é impossível forjar dinheiro quântico.

A ideia parece ótima no papel, mas não é viável para implementação com a tecnologia atual. Isso ocorre porque o dinheiro quântico requer o armazenamento de estados quânticos arbitrários na memória quântica, uma versão mecânica quântica da memória de computador convencional.

Embora anos de pesquisas e experimentos tenham permitido à memória quântica armazenar qubits, ela só pode fazer isso por um período muito curto. Muitos institutos de pesquisa em todo o mundo estão trabalhando em novos materiais para criar memórias que possam conter as informações quânticas transportadas pela luz.

Benefícios do sistema financeiro Quantum

Enquanto dobrar a potência de um computador convencional requer aproximadamente duas vezes o número de transistores trabalhando em uma tarefa, a potência de um computador quântico pode ser dobrada adicionando apenas um qubit. Portanto, pode ser significativamente benéfico para os pioneiros.

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

Segmentação do cliente e modelagem de previsão :Computadores quânticos são excepcionalmente bons em encontrar padrões ocultos de estruturas de dados complexas, realizar classificações e previsões precisas.

Detecção de fraude :As instituições financeiras perdem US $ 20 a US $ 45 bilhões em receitas todos os anos devido a fraudes e práticas inadequadas de gerenciamento de serviços. Os sistemas de detecção de fraudes existentes não são tão confiáveis. Eles retornam 80% de falsos positivos, fazendo com que o setor bancário permaneça em risco na maior parte do tempo.
A computação quântica pode oferecer uma vantagem definitiva na batalha contra a fraude de pagamento. O poder da velocidade exponencial, derivado da superposição quântica e emaranhamento, pode ajudar a reavaliar várias soluções possíveis para otimizar algoritmos de detecção de fraude.

Gerenciamento de clientes :A computação quântica pode perfeitamente otimizar os processos e ajudar a equipe a tornar a experiência do cliente perfeita.

Gerenciamento de portfólio :A computação quântica tem o potencial de acelerar modelos de precificação de ativos e cultivar melhorias de desempenho. Ele pode fazer uma infinidade de cálculos de otimização em uma fração do tempo, sem a necessidade de usar aproximações.

Seus recursos de otimização combinatória podem ajudar os investidores a melhorar a diversificação do portfólio, reequilibrar os investimentos do portfólio de acordo com as condições de mercado e objetivos finais e agilizar com eficiência os processos de liquidação de negociações.

Desenvolvimentos recentes em finanças quânticas

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

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

Em 2018, pesquisadores canadenses publicaram um algoritmo quântico para a 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 derivados financeiros por meio de medidas quânticas.

Em 2020, David Orrell propôs um modelo de precificação de opções binomial baseado em uma caminhada quântica que pode ser executada 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 o 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 opções:

• Espere pela tecnologia e reaja apenas quando oportunidades ou ameaças forem identificadas.
• Ou comece a se conectar com o mundo quântico, identifique casos de uso e integre soluções de segurança quântica.

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

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

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

A IBM, por exemplo, conseguiu embalar 127 qubits em seu chip de computação quântica proprietário. O processador usa várias 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 ultrapassem 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 projeto para o desenvolvimento de computadores quânticos, que inclui o objetivo de desenvolver um computador de 1000 qubit.

Isso terá um impacto perturbador em vários setores, especialmente o financeiro. Na verdade, estima-se que o setor financeiro seja o primeiro a se beneficiar da computação quântica a curto e longo prazo.

No entanto, os avanços futuros da computação quântica nas instituições bancárias e financeiras apresentam desafios. Identificar quais problemas podem ser resolvidos com eficiência por máquinas quânticas, melhorar a interface para melhor acessibilidade, atualizar a infraestrutura para se adequar a essa tecnologia e estender o interesse em tais máquinas quânticas além de um grupo de elite de médicos e matemáticos - esses são alguns dos desafios em este campo que tem que ser tratado em um futuro próximo.

No geral, a adoção de soluções baseadas em quantum não é um processo de curto prazo. Não é como atualizar seus sistemas de software onde você clica em um botão e conclui tudo. 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 incluir funcionários e clientes neste processo.

Perguntas frequentes

Quais são os algoritmos quânticos mais populares?

Um algoritmo quântico é uma instrução passo a passo, em que cada etapa pode ser executada em um computador quântico. O termo 'quântico' é usado para aqueles algoritmos que utilizam alguns recursos básicos de cálculos quânticos, como emaranhamento quântico ou superposição quântica.

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

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

Quando o sistema financeiro quântico começará?

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

De acordo com o relatório de pesquisa da MarketsandMarkets, o tamanho do mercado de computação quântica deve chegar a US $ 1,76 bilhão em 2026, de US $ 472 milhões em 2021, crescendo a um CAGR de 30,1% durante o período de previsão. Espera-se que a adoção antecipada de tecnologias baseadas em quantum no setor financeiro impulsione o crescimento do mercado mundial.

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 eles estão despejando milhões de dólares nessa tecnologia; alguns começaram a fazer experiências com aplicativos de computação quântica.

Você pode investir em computação quântica?

Sim, existem muitas oportunidades disponíveis para investidores que desejam apostar na tecnologia de computação quântica. Várias empresas que trabalham nessa área estão listadas na Bolsa de Valores de Nova York. Um ETF de computação quântica (ETF quântico de desafio) também está disponível para obter uma exposição mais geral a esta indústria.