本周，美國(guó)上市量子計(jì)算公司IonQ，Inc. (IonQ) 公布了兩個(gè)獨(dú)立的量子金融研究項(xiàng)目的結(jié)果。這些研究是與富達(dá)應(yīng)用技術(shù)中心（Fidelity Center for Applied Technology）、高盛銀行（Goldman Sachs）、QC Ware等機(jī)構(gòu)合作完成的。

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經(jīng)典計(jì)算機(jī)使用比特進(jìn)行計(jì)算，而量子計(jì)算機(jī)使用“量子比特”。IonQ使用精密激光從鐿原子中去除外層電子，形成離子阱量子比特。IonQ計(jì)劃在未來的某個(gè)時(shí)候?qū)⑵洮F(xiàn)有架構(gòu)發(fā)展為更高級(jí)的版本。與Goldman Sachs和QC-Ware進(jìn)行的聯(lián)合研究證明了其新硬件的強(qiáng)大功能。

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盡管金融業(yè)已經(jīng)是計(jì)算密集型的，但包含大量變量的應(yīng)用程序還是過于復(fù)雜，無法在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上進(jìn)行求解。然而這些經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以解決的問題將可以使用量子計(jì)算機(jī)求解。

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多數(shù)專家認(rèn)為，量子計(jì)算系統(tǒng)可能還需要五到七年的時(shí)間進(jìn)一步完善，才能從實(shí)驗(yàn)原型轉(zhuǎn)移到實(shí)際應(yīng)用中。屆時(shí)，金融機(jī)構(gòu)將開始在定價(jià)、期權(quán)衍生品、風(fēng)險(xiǎn)管理、流動(dòng)性覆蓋等各個(gè)方面，全面使用量子計(jì)算設(shè)備。盡管這還需要幾年的時(shí)間，但大多數(shù)主要金融公司已經(jīng)未雨綢繆，開始為量子計(jì)算研究部門配備人員。

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以下是IonQ近期公告的摘要：

IonQ和富達(dá)應(yīng)用技術(shù)中心（FCAT）的研究

FCAT和IonQ研究人員使用IonQ的基于云的量子計(jì)算機(jī)來開發(fā)量子機(jī)器學(xué)習(xí) (QML) 概念驗(yàn)證，取得了比已有研究更好的結(jié)果。值得注意的是，這項(xiàng)研究還表明，在金融行業(yè)有限的價(jià)格相關(guān)性分析中，量子計(jì)算機(jī)可以勝過經(jīng)典計(jì)算機(jī)。

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在當(dāng)今的金融模型中，大量使用歷史數(shù)據(jù)來進(jìn)行訓(xùn)練和分析。為了使輸出正確且沒有偏差，訓(xùn)練數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確反映建模場(chǎng)景的特征。這種稱為“回溯測(cè)試”的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試過程，使用了與訓(xùn)練數(shù)據(jù)集不同但被認(rèn)為相似的數(shù)據(jù)，可以確定模型是否產(chǎn)生準(zhǔn)確的結(jié)果。然而，回測(cè)通常是不夠的，因?yàn)楹茈y獲得準(zhǔn)確描述所有市場(chǎng)場(chǎng)景中的廣泛訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)。

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FCAT-IonQ團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)量子 AI 模型，該模型創(chuàng)建了一組新的更準(zhǔn)確的合成數(shù)據(jù)，以獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行回測(cè)。合成數(shù)據(jù)是從用于訓(xùn)練模型的相同數(shù)據(jù)的樣本中創(chuàng)建的。這個(gè)過程很像在面部圖像上訓(xùn)練的AI模型的不可思議的能力，可以創(chuàng)建看起來與真人相同的新的、真實(shí)的面孔。

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IonQ和FCAT團(tuán)隊(duì)沒有模擬面部圖像，而是模擬了2010年至2018年蘋果和微軟股票每日回報(bào)中所包含的數(shù)值關(guān)系。兩種量子機(jī)器學(xué)習(xí)算法使用這些數(shù)據(jù)生成高度準(zhǔn)確的合成數(shù)據(jù)集用于回測(cè)。

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研究要點(diǎn)：

• 回測(cè)是一項(xiàng)重要的數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)，能夠創(chuàng)建準(zhǔn)確的合成數(shù)據(jù)是一項(xiàng)重要成就。

• 本研究中的量子機(jī)器學(xué)習(xí)模型僅涉及兩只股票。為了真正有用，該模型必須顯著擴(kuò)大以容納更多的股票。增加股票數(shù)量使計(jì)算變得越來越復(fù)雜，需要具有數(shù)千個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)。

• 經(jīng)典計(jì)算機(jī)為股票相關(guān)性創(chuàng)建合成數(shù)據(jù)的能力是有限的，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界的用例需要太多具有復(fù)雜依賴關(guān)系的變量。

這項(xiàng)研究表明，具有少量量子位的俘獲離子量子計(jì)算機(jī)上的生成學(xué)習(xí)算法可以勝過等效的經(jīng)典生成學(xué)習(xí)。

IonQ、高盛和QC-Ware的研究

使用IonQ最新的量子計(jì)算硬件，高盛和QC-Ware聯(lián)手將量子的邊界推向了全新的領(lǐng)域。該團(tuán)隊(duì)展示了由QC-Ware開發(fā)的量子算法，用于在IonQ最近發(fā)布的離子阱量子處理單元 (QPU) 的上進(jìn)行蒙特卡羅模擬。量子蒙特卡羅方法在計(jì)算金融問題中的應(yīng)用一直是之前幾篇研究論文的主題。該研究涉及將量子蒙特卡羅應(yīng)用于特定的金融問題，例如簡(jiǎn)單期權(quán)定價(jià)和信用風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算。

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根據(jù)IonQ的說法，其新QPU的保真度和吞吐量比當(dāng)前一代量子處理器高一個(gè)數(shù)量級(jí)。在其新聞稿中，IonQ的首席執(zhí)行官兼總裁Peter Chapman 強(qiáng)調(diào)了結(jié)合使用最先進(jìn)的硬件和一流的量子算法的重要性。

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在公布的結(jié)果中，量子研究人員還將該項(xiàng)目的成功歸功于IonQ量子硬件的高保真度。研究人員還表示，他們使用云上可用的其他量子系統(tǒng)嘗試了類似的實(shí)驗(yàn)，但獲得了“相當(dāng)糟糕的結(jié)果”。

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預(yù)計(jì)量子計(jì)算機(jī)不僅會(huì)對(duì)蒙特卡洛模擬產(chǎn)生重大影響，還會(huì)對(duì)科學(xué)和工程的其他領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。研究展示的蒙特卡羅模擬對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)和衍生品定價(jià)領(lǐng)域的融資尤其重要，例如期權(quán)。有人估計(jì)衍生品市場(chǎng)的價(jià)值超過1000億美元。

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Monte Carlo模擬通常在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，并且需要多次運(yùn)行該算法才能獲得具有可接受精度的估計(jì)答案。當(dāng)大型容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)可用時(shí)，它將顯著減少為包含大量變量的復(fù)雜蒙特卡羅問題獲得解決方案所需的時(shí)間?？梢酝ㄟ^增加樣本數(shù)量來提高估計(jì)答案的精度。例如，要將經(jīng)典計(jì)算機(jī)的答案精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，需要將采樣增加100倍。對(duì)于同等精度，量子計(jì)算機(jī)只需要采樣增加10倍。而在金融領(lǐng)域，時(shí)間是一種重要的商品。在股票和期權(quán)等快速變化的大型市場(chǎng)中，幾秒鐘可能意味著盈利或虧損之間的差異。

文：保羅·史密斯·古德森

編譯：王珩

編輯：慕一