量子金融科技助力商業(yè)銀行行穩(wěn)致遠(yuǎn)

吳永飛

黨的二十大報(bào)告中指出：“一些關(guān)鍵核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大，載人航天、探月探火、深海深地探測(cè)、超級(jí)計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航、量子信息、核電技術(shù)、大飛機(jī)制造、生物醫(yī)藥等取得重大成果，進(jìn)入創(chuàng)新型國(guó)家行列。”其中，量子信息作為關(guān)鍵核心技術(shù)被強(qiáng)調(diào)。黨的二十大前夕，2022年10月4日，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)不負(fù)眾望地頒給了量子信息科學(xué)，法國(guó)物理學(xué)家阿斯佩（Alain Aspect）、美國(guó)物理學(xué)家克勞澤（John F. Clauser）以及奧地利物理學(xué)家塞林格（Anton Zeilinger）憑借在量子信息科學(xué)領(lǐng)域取得的卓越成就獲獎(jiǎng)，再次引發(fā)了全球?qū)α孔涌萍嫉母叨汝P(guān)注。

華夏銀行積極擁抱量子科技，自2020年以來，創(chuàng)新提出量子金融科技方法論，為將量子科技批量化引入金融領(lǐng)域奠定了理論基礎(chǔ)，并在量子計(jì)算、量子通信等關(guān)鍵領(lǐng)域開展了一系列探索，以期為量子科技在金融領(lǐng)域向?qū)嵱没?、工程化轉(zhuǎn)變提供借鑒。

量子計(jì)算為銀行激發(fā)數(shù)據(jù)價(jià)值、釋放數(shù)據(jù)潛能提供新路徑

當(dāng)前量子計(jì)算機(jī)快速發(fā)展，為經(jīng)典算力瓶頸的突破提供了全新的可能。算法能夠?yàn)樗懔x予靈魂，并能變廢為寶，從沉睡的數(shù)據(jù)中發(fā)掘價(jià)值。華夏銀行積極開展量子算法研究應(yīng)用，基于量子科技與人工智能新興技術(shù)，在量子計(jì)算機(jī)、量子算料嵌入、量子AI算法理論、量子AI建模流程、量子金融科技方法論及模型體系、量子算法模型實(shí)證分析等方面進(jìn)行深入研究，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一系列的量子AI算法模型，并面向典型金融場(chǎng)景開展應(yīng)用驗(yàn)證和應(yīng)用實(shí)踐。

在量子有監(jiān)督學(xué)習(xí)方面，創(chuàng)新開展量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（QNN）算法在智能設(shè)備資源配置中的應(yīng)用研究。該研究中的數(shù)據(jù)取自ATM機(jī)具原始監(jiān)控報(bào)表數(shù)據(jù)和流水日志數(shù)據(jù)，ATM機(jī)具樣本選取自全國(guó)范圍內(nèi)的2000余臺(tái)取款機(jī)、存取款一體機(jī)和循環(huán)機(jī)，時(shí)間范圍為兩年。通過使用QNN算法，將4個(gè)特征參數(shù)下的經(jīng)典數(shù)據(jù)嵌入到2個(gè)量子比特，量子比特通過量子門的操作后，測(cè)量了中心量子線路最后的量子位在Z軸上的投影。實(shí)證研究結(jié)果顯示，QNN算法模型準(zhǔn)確率達(dá)75.57%，模型對(duì)智能機(jī)具的資源配置合理性進(jìn)行了有效的識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)了以量子科技為基礎(chǔ)的智能化決策支持手段。

在量子小樣本學(xué)習(xí)方面，創(chuàng)新開展基于QNN算法在金融風(fēng)控領(lǐng)域的應(yīng)用研究。該研究面向智能風(fēng)控典型業(yè)務(wù)場(chǎng)景，創(chuàng)新運(yùn)用前沿的QNN算法對(duì)小樣本學(xué)習(xí)建模問題進(jìn)行研究。將數(shù)據(jù)集隨機(jī)平均劃分為訓(xùn)練集和測(cè)試集兩個(gè)部分，針對(duì)訓(xùn)練集樣本量從60下降至10的各種情況進(jìn)行模型驗(yàn)證，在每個(gè)驗(yàn)證樣本量下采取50次隨機(jī)抽樣。實(shí)證研究結(jié)果顯示，基于AUC、KS和Recall三個(gè)模型評(píng)估指標(biāo)，在訓(xùn)練集樣本數(shù)量從60到10不斷下降的過程中（各組數(shù)據(jù)集以5個(gè)樣本遞減），QNN算法模型的效果均優(yōu)于傳統(tǒng)的邏輯回歸模型、決策樹模型、隨機(jī)森林模型、XGboost模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和分類關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘模型；同時(shí)，QNN算法模型的評(píng)估效果在各組小樣本數(shù)據(jù)集下均保持較高的穩(wěn)定水平，且隨著樣本量的不斷下降，QNN算法模型的表現(xiàn)效果較其他經(jīng)典模型的優(yōu)勢(shì)越發(fā)凸顯。

在量子無監(jiān)督學(xué)習(xí)方面，創(chuàng)新開展量子聚類（QK-means）算法在銀行智慧運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景中的應(yīng)用研究。該研究針對(duì)銀行智能柜臺(tái)設(shè)備分布范圍廣、數(shù)量多、所在地區(qū)客戶和環(huán)境情況復(fù)雜等難點(diǎn)，為解決智能設(shè)備高效運(yùn)營(yíng)、精準(zhǔn)布放的問題，在量子最近中心算法的基礎(chǔ)上構(gòu)建量子K-means算法模型，通過將樣本特征和聚類中心的特征壓縮到兩個(gè)量子態(tài)|Φ＞和|ψ＞中，運(yùn)用Controlled-SWAP門和Hadamard門將兩個(gè)量子態(tài)的距離轉(zhuǎn)移到第一個(gè)控制比特上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，QKmeans算法模型可以有效將700余家支行網(wǎng)點(diǎn)聚為三類，并根據(jù)聚類結(jié)果情況分別采取措施對(duì)網(wǎng)點(diǎn)智能設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，縮小了對(duì)商業(yè)銀行網(wǎng)點(diǎn)智柜設(shè)備業(yè)務(wù)的關(guān)注范圍，使關(guān)注點(diǎn)聚焦到表現(xiàn)優(yōu)異的網(wǎng)點(diǎn)集群和表現(xiàn)不理想的網(wǎng)點(diǎn)集群，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)點(diǎn)智柜設(shè)備運(yùn)營(yíng)管理情況的定期評(píng)估，為進(jìn)一步調(diào)整資源配置提供決策依據(jù)。

在量子組合優(yōu)化方面，創(chuàng)新開展量子近似優(yōu)化（QAOA）算法在我國(guó)股票和公募基金市場(chǎng)的投資組合管理應(yīng)用研究。

該研究針對(duì)金融市場(chǎng)中存在的大量資產(chǎn)組合配置、投資組合構(gòu)建等優(yōu)化問題，借鑒QAOA算法解決最大分割問題的思想，采集一段時(shí)間內(nèi)各只股票的日收盤價(jià)，根據(jù)投資者的風(fēng)險(xiǎn)偏好程度，基于QAOA算法生成權(quán)益類組合。從組合凈值曲線和組合指標(biāo)可見，經(jīng)過QAOA算法篩選后的策略，與原有等權(quán)重配比股票的策略相比，表現(xiàn)更優(yōu)。我們遵循相同的方法論對(duì)我國(guó)公募基金市場(chǎng)組合優(yōu)化問題進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，QAOA算法篩選出的組合長(zhǎng)期來看凈值表現(xiàn)優(yōu)于平均持有組合，特別是在關(guān)于策略波動(dòng)性的標(biāo)準(zhǔn)差與最大回撤這兩項(xiàng)指標(biāo)上，QAOA算法策略遙遙領(lǐng)先于其他參與對(duì)比的組合。

在量子仿真模擬方面，創(chuàng)新開展量子幅度估計(jì)（QAE）算法在金融衍生品定價(jià)中的應(yīng)用研究。該研究針對(duì)期權(quán)定價(jià)這一典型問題，創(chuàng)新運(yùn)用QAE算法，將參數(shù)估計(jì)問題轉(zhuǎn)化為一種算符操作，并將待估計(jì)的參數(shù)映射為相應(yīng)的量子態(tài)振幅，然后通過測(cè)量給出相應(yīng)的參數(shù)估計(jì)。相關(guān)實(shí)證分析選取我國(guó)金融市場(chǎng)真實(shí)的看漲期權(quán)進(jìn)行研究，使用指定日期滬深300ETF作為標(biāo)的資產(chǎn)的歐式看漲期權(quán)為實(shí)證對(duì)象。通過構(gòu)建量子線路并測(cè)量，最終得到的該歐式看漲期權(quán)基于QAE算法計(jì)算的價(jià)格為0.4302。同樣參數(shù)下使用B-S-M模型得到的期權(quán)理論價(jià)格為0.4284，使用蒙特卡洛方法得到的價(jià)格為0.4282。當(dāng)天該期權(quán)實(shí)際成交價(jià)為0.4310。由此可知，與傳統(tǒng)的解析法和蒙特卡洛方法相比，QAE算法得到的歐式看漲期權(quán)價(jià)格在95%置信水平下的置信區(qū)間為[0.4169，0.4411]，與該期權(quán)當(dāng)日實(shí)際價(jià)格更為接近。

在量子自然語(yǔ)言文本挖掘方面，創(chuàng)新開展量子自然語(yǔ)言處理（QNLP）算法在金融新聞情緒識(shí)別及銀行客戶服務(wù)評(píng)價(jià)分析的應(yīng)用研究。該研究針對(duì)金融新聞情緒識(shí)別問題，使用233條數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集來訓(xùn)練模型，測(cè)試集由50條數(shù)據(jù)構(gòu)成。同時(shí)，作為對(duì)比，使用TF-IDF作為特征提取器，之后使用Adaboost、Na ve Bayes、Neural Network作為分類器來進(jìn)行情感分類，并將四種方法進(jìn)行對(duì)比。從模型評(píng)估指標(biāo)來看，四種方法在相同的數(shù)據(jù)條件下進(jìn)行對(duì)比，QNLP的結(jié)果展現(xiàn)出訓(xùn)練集樣本量從233下降至20，其模型效果的穩(wěn)定性最佳。通過逐步減少訓(xùn)練集的樣本數(shù)量，Adaboost、Na ve Bayes和Neural Network三類經(jīng)典模型在測(cè)試集上的F1 Score呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。然而，QNLP隨著訓(xùn)練集樣本量的下降，測(cè)試集結(jié)果表現(xiàn)穩(wěn)定，證明其在小樣本學(xué)習(xí)問題上的表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)NLP方法。在銀行客戶服務(wù)評(píng)價(jià)分析方面，基于相同的方法論進(jìn)行實(shí)證研究，結(jié)果表明，隨著訓(xùn)練集樣本量的下降，QNLP在銀行服務(wù)評(píng)價(jià)分析情感分類數(shù)據(jù)集上的測(cè)試結(jié)果表現(xiàn)穩(wěn)定，QNLP在解決小樣本學(xué)習(xí)問題方面已初步展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。

量子直接通信為銀行提供受物理學(xué)定律保護(hù)的信息安全傳輸新模式

近年來，隨著量子計(jì)算的快速發(fā)展，銀行業(yè)所廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)公鑰加密算法的安全性受到了挑戰(zhàn)，采用量子技術(shù)開展保密通信的方法應(yīng)運(yùn)而生。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，商業(yè)銀行數(shù)據(jù)資產(chǎn)的重要性日益凸顯，積極探索運(yùn)用受物理學(xué)定律保護(hù)的高度信息安全方案是銀行金融科技領(lǐng)域亟須攻破的問題。量子直接通信技術(shù)作為量子保密通信的一個(gè)重要分支，能夠有效應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過程中存在的信息安全潛在威脅。

華夏銀行與北京量子信息科學(xué)研究院、清華大學(xué)合作，在全球范圍內(nèi)首次將量子直接通信技術(shù)應(yīng)用于商業(yè)銀行領(lǐng)域。2000年，北京量子信息科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、清華大學(xué)教授龍桂魯團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了量子直接通信技術(shù)理論。2020年，該團(tuán)隊(duì)在中關(guān)村論壇成果發(fā)布會(huì)上發(fā)布了第一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的量子直接通信樣機(jī)，被《北京市“十四五”時(shí)期國(guó)際科技創(chuàng)新中心建設(shè)規(guī)劃》列為世界級(jí)重大原創(chuàng)成果。2022年4月，北京量子信息科學(xué)研究院和清華大學(xué)合作，實(shí)現(xiàn)了百公里量子直接通信，這也是當(dāng)前世界最長(zhǎng)的量子直接通信距離。

華夏銀行參與合作的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了量子直接通信“6S”理論與軟科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新方法論：一是單向量子直接通信協(xié)議設(shè)計(jì)（Single-way Protocol Design for QSDC），實(shí)現(xiàn)了量子直接通信傳輸距離的提升；二是單向量子直接通信安全性分析（Security Analysis of Singleway QSDC），采用搭線信道理論證明了單向量子直接通信協(xié)議的安全性；三是單向量子直接通信量子信號(hào)調(diào)制與解調(diào)（Signal Modulation & Demodulation for Single-way QSDC），實(shí)現(xiàn)了信息的安全可靠傳輸；四是以抗損編解碼與糾錯(cuò)編碼增強(qiáng)量子信道（Strengthening Quantum Channels by Loss-resistant Encoding & Decoding and Errorcorrecting Encoding），采用高刪除率量子信道下的抗損編解碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了極低信號(hào)接收率下的信息抗損編解碼，并利用噪聲量子信道下的糾錯(cuò)編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息的安全可靠傳輸；五是參數(shù)掃描實(shí)時(shí)控制（Scanning of Parameters with Realtime Control for QSDC），實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在復(fù)雜參數(shù)條件下的實(shí)時(shí)跟蹤優(yōu)化；六是穩(wěn)定干涉（Stable Interference of QSDC），實(shí)現(xiàn)了惡劣環(huán)境下的量子直接通信系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。“6S”方法論為量子直接通信在金融領(lǐng)域的實(shí)用化、工程化奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

結(jié)合金融行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)新提出了量子直接通信“5‘2’+5D”商業(yè)銀行場(chǎng)景應(yīng)用創(chuàng)新方法論，涵蓋五類應(yīng)用創(chuàng)新場(chǎng)景：一是銀行與客戶間的量子直接通信（Bank to Customer，B2C）模式，典型應(yīng)用場(chǎng)景為數(shù)字信貸業(yè)務(wù)場(chǎng)景（Digital Credits& Loans）；二是銀行與銀行間的量子直接通信（Bank to Bank，B2B）模式，典型應(yīng)用場(chǎng)景為遠(yuǎn)程辦公與運(yùn)維場(chǎng)景（Distant Working and Operation &Maintenance）；三是銀行與監(jiān)管機(jī)構(gòu)間的量子直接通信（Bank to Regulator，B 2 R）模式，典型應(yīng)用場(chǎng)景為監(jiān)管信息報(bào)送場(chǎng)景（Delivery of Regulatory Information）；四是客戶與客戶間的量子直接通信（Customer to Customer，C2C）模式，典型應(yīng)用場(chǎng)景為客戶數(shù)據(jù)服務(wù)場(chǎng)景（Data Secure Transmission Service for Customers）；五是歷史與未來間的量子直接通信（Past to Future，P2F）模式，典型應(yīng)用場(chǎng)景為同城數(shù)據(jù)備份場(chǎng)景（Data Backup within the Same City）?！?‘2’+5D”方法論為量子直接通信技術(shù)在銀行業(yè)務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展提供了指引和規(guī)范。

以量子直接通信在銀行數(shù)字信貸業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的應(yīng)用為例。在創(chuàng)新數(shù)字信貸業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，企業(yè)可能需要將涉及商業(yè)機(jī)密或個(gè)人隱私信息的數(shù)據(jù)傳輸至銀行端供銀行進(jìn)行決策分析，該類數(shù)據(jù)需要高度保護(hù)，若發(fā)生信息泄露，可能導(dǎo)致企業(yè)發(fā)生經(jīng)營(yíng)損失甚至經(jīng)營(yíng)失敗等嚴(yán)重后果。量子直接通信技術(shù)可以為數(shù)據(jù)安全傳輸提供受物理學(xué)定律保護(hù)的可靠方案，滿足產(chǎn)業(yè)數(shù)字金融模式創(chuàng)新中的核心數(shù)據(jù)資產(chǎn)和數(shù)字資產(chǎn)安全傳輸?shù)钠惹行枨蟆?yīng)用量子直接通信可為銀行和企業(yè)間建立信任，從而助力產(chǎn)業(yè)數(shù)字信貸創(chuàng)新業(yè)務(wù)場(chǎng)景模式的升級(jí)迭代。

以量子直接通信在銀行遠(yuǎn)程辦公場(chǎng)景中的應(yīng)用為例。當(dāng)前疫情防控要求對(duì)銀行員工在同城各辦公場(chǎng)所之間的流動(dòng)提出了限制，也對(duì)各辦公區(qū)域之間的數(shù)據(jù)安全傳輸提出了進(jìn)一步挑戰(zhàn)，究其原因在于，銀行的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中涉及大量客戶隱私和商業(yè)機(jī)密等重要信息，基于經(jīng)典技術(shù)的信息傳輸方式難以提供100%安全的數(shù)據(jù)傳輸方案。量子直接通信技術(shù)將信息加載于量子態(tài)，直接通過量子信道傳送，該技術(shù)依靠量子不可克隆、量子測(cè)量塌縮等原理感知和阻止竊聽，實(shí)現(xiàn)了受物理學(xué)定律保護(hù)的信息安全傳輸，為商業(yè)銀行遠(yuǎn)程辦公提供了全新解決思路。

結(jié)語(yǔ)

正如習(xí)近平總書記所言：“量子科技發(fā)展具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值，是一項(xiàng)對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進(jìn)行重構(gòu)的重大顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。”量子科技作為一項(xiàng)前沿精尖技術(shù)，在商業(yè)銀行應(yīng)用領(lǐng)域已初步展現(xiàn)出巨大潛力，加快推進(jìn)量子人工智能算法、量子直接通信方案在具體金融場(chǎng)景中的落地實(shí)踐，具有重要戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。未來，華夏銀行將在量子金融科技領(lǐng)域進(jìn)一步深化創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用研究與探索，以期助力我國(guó)量子金融科技的蓬勃發(fā)展。