Was ist ein Quantenfinanzsystem? [Ein einfacher Überblick]

Quantum Finance ist ein Zweig der Ökonophysik, ein heterodoxes interdisziplinäres Forschungsgebiet, das die Anwendung von Theorien und Techniken zur Lösung komplexer Probleme der Wirtschaftswissenschaften beinhaltet.

Die Implementierung von Quantentechnologie in finanzielle Probleme – insbesondere solche, die sich mit nichtlinearer Dynamik, Unsicherheit oder stochastischen Prozessen befassen – kann für First Mover äußerst vorteilhaft sein. Schnellere Reaktionen auf Marktvolatilität, genauere Risikoanalysen und die Verwendung von Verhaltensdaten zur Verbesserung der Kundenbindung sind einige der spezifischen Vorteile, die Quantencomputer in den kommenden Jahrzehnten bieten können.

Wenn Sie sich fragen, ob das Quantenfinanzsystem eine echte Sache sein könnte, dann lautet die Antwort ja. Für manche mag es wie Science-Fiction klingen, aber dies ist eine sehr echte Technologie.

Tatsächlich wurde das Konzept der Implementierung von Quantengeld 1970 vom Forschungsphysiker Stephen Wiesner eingeführt. Es blieb jedoch bis 1983 unveröffentlicht, und 2013 wurde ein praktischer Weg zu seiner Entwicklung (unter Verwendung von Methoden der semidefiniten Programmierung) erfunden.

Heute besteht das Hauptziel des Finanzquantensystems darin, eine konsistente Integrität der Geldbewegungen zu ermöglichen, die Unsicherheit in Finanzmodellen genau abzuschätzen und die Mängel des Zentralbanksystems zu beseitigen.

Aktuelles Finanzsystem

Die Finanzwelt hat sich in den letzten 50 Jahren stark weiterentwickelt. Vor nicht allzu langer Zeit war die gängigste Zahlungsmethode beim Kauf mit Bargeld. Jetzt haben wir viele Möglichkeiten. Verwenden Sie eine Debit-/Kreditkarte oder bezahlen Sie mit einer App oder einer Kryptowährungs-Wallet auf Ihrem Smartphone. Sie haben die Wahl.

Heute verwalten die 30 größten Banken der Welt zusammen mehr als 55 Billionen US-Dollar. Nach Angaben der Securities Industry and Financial Market Association beträgt die Größe des Anleihenmarktes weltweit über 119 Billionen US-Dollar und für den US-Markt 46 Billionen US-Dollar.

In diesem komplexen Markt wird jede Sekunde eine Vielzahl von Finanzdienstleistungsaktivitäten (von der Wertpapierbewertung bis zur Risikoanalyse) durchgeführt. Jede Aktivität erfordert die Fähigkeit, kurz- und langfristige Ergebnisse zu bewerten.

Zu diesem Zweck verwenden Finanzinstitute fortschrittliche Algorithmen und Modelle für maschinelles Lernen, die statistische Wahrscheinlichkeiten messen. Diese Modelle sind jedoch nicht ganz genau – wir haben alle gesehen, was während der Finanzkrise 2008 passiert ist.

Die aktuelle Technologie muss in vielerlei Hinsicht noch ausgereift sein, um die Versprechen zu erfüllen. Daher testen mehrere Finanzunternehmen neue Prozessoren, die die Gesetze der Quantenphysik nutzen, um riesige Datenmengen mit beispielloser Geschwindigkeit zu verarbeiten. Die Möglichkeiten sind endlos.

Wie kann Quantencomputer helfen?

Quantenmaschinen können Branchen revolutionieren, die enorme Rechenleistung erfordern, einschließlich der Entdeckung neuer Medikamente, der Stärkung tiefer neuronaler Netze, der Modellierung von Finanzmärkten und der Entwicklung einer sicheren Kommunikationsmethode (Quanteninternet). In diesem Artikel haben wir uns darauf konzentriert, wie Quantencomputer aktuelle Finanzsysteme verbessern können.

Bankensektoren, Nichtbanken-Finanzunternehmen, Hedgefonds und andere Finanzinstitute verarbeiten sehr sensible Daten wie Kundentransaktionen und -verträge. Diese Daten müssen über einen längeren Zeitraum privat und sicher aufbewahrt werden.

Die meisten Bankaktivitäten wie die Preisgestaltung von Wertpapieren sind mit einem hohen Grad an Rechenkomplexität verbunden. Bei Optionspreisen entsteht zusätzliche Komplexität aufgrund der Notwendigkeit, auf sich schnell ändernde Märkte zu reagieren.

Daher suchen Finanzinstitute immer nach Möglichkeiten, den Preis von Aktienoptionen effizient zu bestimmen und gleichzeitig die Daten der Kunden zu schützen. Die Forschung hat gezeigt, dass Quantencomputer ein großes Potenzial haben, um solche kritischen Finanzprobleme zu lösen.

Wenn es um die Simulation der Quantenmechanik und anderer Algorithmen wie dem Grover-Algorithmus für die Quantensuche und dem Shor-Algorithmus für die Faktorisierung geht, können Quantencomputer klassische Computer leicht übertreffen.

Grundlagen des Quantencomputers 

Das Funktionsprinzip von Quantencomputern basiert auf der Quantenphysik, die zeigt, dass bestimmte Eigenschaften von Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt in zwei verschiedenen Zuständen oder in einer beliebigen Kombination von zwei Zuständen verbleiben. Im Gegensatz zu klassischen Computern, die auf dualistischen Verarbeitungssystemen (0s und 1s) arbeiten, können Quantenmaschinen gleichzeitig 0 und 1 oder eine Mischung aus 0 und 1 sein.

Da das Quantensystem in mehreren Zuständen gleichzeitig existieren kann (dieses Phänomen wird als Superposition bezeichnet), kann es weitaus kompliziertere Aufgaben ausführen, die den Rahmen klassischer Supercomputer sprengen. Dies eröffnet die Erforschung riesiger Rechenmöglichkeiten.

Die Ergebnisse der Quantenberechnung unterscheiden sich auch von ihren binären Gegenstücken. Sie sind probabilistisch (statt deterministisch), was bedeutet, dass sich die Ausgaben unterscheiden können, auch wenn die Eingabe gleich bleibt. Daher muss dieselbe Berechnung mehrmals durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse in Richtung eines Mittelwerts konvergieren.

Während klassische Computer mit Bits arbeiten, wird die Grundeinheit der Quanteninformation Qubit (oder Quantenbit) genannt. Es kann als Photonen, Elektronen oder Kerne konstruiert werden. Beispiele hierfür sind die Polarisation eines Photons, bei der die beiden Zustände die „horizontale Polarisation“ und „vertikale Polarisation“ sein können; oder der Spin eines Elektrons, in dem zwei Zustände „Spin-Up“ und „Spin-Down“ sein können.

Nach den Quantengesetzen kann sich ein Qubit gleichzeitig in einer kohärenten Überlagerung beider Zustände befinden. Zum Beispiel könnte ein Zwei-Qubit-Quantencomputer ’00’ ’01’ ’10’ ’11’ Zustände haben. Ein klassischer Computer würde dazu 4 Bit benötigen.

In ähnlicher Weise können 3 Qubits die gleiche Menge wie 8 binäre Bits, 4 Qubits gleich 16 Bits, 5 Qubits gleich 32, 6 Qubits gleich 64 und so weiter sein. Zum Vergleich:Ein 300-Qubit-System kann mehr Zustände haben als die Gesamtzahl der Atome im Universum. Selbst der leistungsstärkste klassische Supercomputer könnte diese Datenmenge niemals verarbeiten.

Deshalb zeigen Finanzinstitute großes Interesse am Quantencomputing. Obwohl noch keine Quantenmaschine so weit fortgeschritten ist, dass sie Aufgaben ausführen kann, die ein klassischer Computer nicht kann, sind große Fortschritte im Gange.

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Quantengeldsystem

Im Standardmodell des Bankwesens wird Geld in drei verschiedenen Formen anerkannt:Warengeld, Fiatgeld und Treuhandgeld.

Wir haben auch den Aufstieg von Kryptowährungen im letzten Jahrzehnt gesehen, aber er ist noch nicht allgemein erkennbar. Es handelt sich um ein digitales Zahlungssystem, das keine zentrale Vergabe- oder Regulierungsbehörde hat. Stattdessen basiert es auf einem verteilten öffentlichen Ledger, das als Blockchain bekannt ist, eine Aufzeichnung aller Transaktionen, die von Währungsinhabern gehalten werden.

Quantengeld bringt die Dinge auf die nächste Stufe. Es wendet ein quantenkryptografisches Protokoll an, um Währungen zu generieren und zu validieren. Da beliebige Quantenzustände nicht perfekt kopiert werden können, ist es unmöglich, Quantengeld zu fälschen.

Die Idee sieht auf dem Papier toll aus, ist aber mit der aktuellen Technik nicht umsetzbar. Dies liegt daran, dass Quantengeld die willkürlichen Quantenzustände im Quantenspeicher speichern muss, einer quantenmechanischen Version des herkömmlichen Computerspeichers.

Obwohl jahrelange Forschung und Experimente es dem Quantenspeicher ermöglicht haben, Qubits zu speichern, ist dies nur für sehr kurze Zeit möglich. Viele Forschungsinstitute auf der ganzen Welt arbeiten an neuen Materialien, um Erinnerungen zu schaffen, die die vom Licht getragenen Quanteninformationen enthalten könnten.

Vorteile des Quantenfinanzsystems

Während die Verdoppelung der Leistung eines herkömmlichen Computers etwa die doppelte Anzahl von Transistoren erfordert, die an einer Aufgabe arbeiten, kann die Leistung eines Quantencomputers verdoppelt werden, indem nur ein Qubit hinzugefügt wird. Daher könnte es für First Mover von großem Vorteil sein.

Quantum Computing kann Finanzinstituten ermöglichen, in den nächsten zehn Jahren sehr spezifische Geschäftsprobleme zu lösen und einige Betriebsprozesse neu zu gestalten.

Kunden-Targeting und Vorhersagemodellierung :Quantencomputer sind außergewöhnlich gut darin, versteckte Muster in komplexen Datenstrukturen zu finden, Klassifikationen durchzuführen und genaue Vorhersagen zu treffen.

Betrugserkennung :Finanzinstituten verlieren jedes Jahr Einnahmen in Höhe von 20 bis 45 Milliarden US-Dollar aufgrund von Betrug und schlechten Service-Management-Praktiken. Bestehende Betrugserkennungssysteme sind nicht so zuverlässig. Sie geben 80 % falsch positive Ergebnisse zurück, wodurch der Bankensektor die meiste Zeit einem Risiko ausgesetzt bleibt.
Quantum Computing kann einen entscheidenden Vorteil im Kampf gegen Zahlungsbetrug bieten. Die Kraft der exponentiellen Geschwindigkeit, abgeleitet aus der Quantensuperposition und -verschränkung, kann dabei helfen, verschiedene mögliche Lösungen zur Optimierung von Betrugserkennungsalgorithmen neu zu bewerten.

Kundenverwaltung :Quantum Computing könnte Prozesse perfekt rationalisieren und den Mitarbeitern helfen, das Kundenerlebnis fehlerfrei zu gestalten.

Portfolioverwaltung :Quantum Computing hat das Potenzial, Asset-Pricing-Modelle zu beschleunigen und Leistungsverbesserungen zu fördern. Es kann in einem Bruchteil der Zeit unzählige Optimierungsberechnungen durchführen, ohne dass Näherungen verwendet werden müssen.

Seine kombinatorischen Optimierungsfunktionen könnten Anlegern helfen, die Portfoliodiversifizierung zu verbessern, Portfolioinvestitionen entsprechend den Marktbedingungen und Endzielen neu auszurichten und die Handelsabwicklungsprozesse effizient zu rationalisieren.

Neueste Entwicklungen im Bereich Quantum Finance

Die in den letzten 10 Jahren erzielten Fortschritte in Richtung Quantenüberlegenheit beweisen, dass Quantencomputer bestimmte Probleme besser lösen können als alle herkömmlichen Computer.

Im Jahr 2014 nutzte beispielsweise ein Forscherteam aus den Niederlanden die Fähigkeiten der Quantenmechanik, um eine betrugssichere Technik zur Authentifizierung einer Kredit-/Debitkarte zu entwickeln, die praktisch unmöglich zu umgehen ist.

Im Jahr 2018 veröffentlichten kanadische Forscher einen Quantenalgorithmus für die Monte-Carlo-Bepreisung von Finanzderivaten, der eine Methode zum Erstellen relevanter Wahrscheinlichkeitsverteilungen bei der Quantensuperposition und eine Technik zum Extrahieren des Preises von Finanzderivaten durch Quantenmessungen demonstriert.

Im Jahr 2020 schlug David Orrell ein binomiales Optionspreismodell vor, das auf einem Quantenspaziergang basiert und direkt auf einem Quantengerät ausgeführt werden kann. Im selben Jahr wurden D-Wave-Quantencomputer verwendet, um das Problem der Portfoliooptimierung zu lösen. Die Ergebnisse waren sehr vielversprechend:Die Leistung der D-Wave-Hardware (wenn auch begrenzt) ist vergleichbar mit superschnellen klassischen Computern.

Im Jahr 2021 entwickelte eine Gruppe von Forschern Quantenalgorithmen für den hochfrequenten statistischen Arbitrage-Handel unter Verwendung der variablen Zeitbedingungszahlschätzung und der quantenlinearen Regression.

Gegenwart und Zukunft der Quantenfinanzierung

Die Quantencomputing-Technologie ist noch nicht vollständig entwickelt. Tatsächlich sind die meisten seiner Vorteile und Anwendungen noch konzeptionell. Somit bleiben dem gesamten Bankensektor zwei Möglichkeiten:

• Warten Sie entweder auf die Technologie und reagieren Sie nur, wenn Chancen oder Bedrohungen erkannt werden.
• Oder verbinden Sie sich mit der Quantenwelt, identifizieren Sie Anwendungsfälle und integrieren Sie Quantensicherheitslösungen.

Die zweite Option scheint besser zu sein. Viele Investmentbanken und Finanzdienstleistungs-Holdinggesellschaften, darunter JPMorgan Chase, HSBC und Wells Fargo, haben bereits begonnen, Millionen von Dollar in Quantenforschungs- und Innovationsprogramme zu stecken.

Der Realisierung von Quantenalgorithmen mit erheblichen polynomialen Beschleunigungen in Datenlade- und Datenverarbeitungs-Unterroutinen wurde ein großer Teil der Forschungs- und Ingenieurarbeit gewidmet.

Bisher wurde keine praktische Anwendung des Quantencomputings mit exponentieller Beschleunigung gegenüber seinem klassischen Gegenstück erfunden, aber es wurden zahlreiche vielversprechende Modelle vorgeschlagen.

IBM zum Beispiel ist es gelungen, 127 Qubits in seinen proprietären Quantencomputer-Chip zu packen. Der Prozessor verwendet mehrere Schichten, um signalführende Drähte zu beherbergen, die ein genaues Auslesen der Qubits ermöglichen. Obwohl die Technik in klassischen Chips üblich ist, ist sie in der Welt des Quantencomputings eine große Errungenschaft.

Es wird erwartet, dass Quantencomputer bis Ende 2030 die Fähigkeiten klassischer Computer übertreffen werden. Technologiegiganten, darunter IBM und Google, arbeiten an Quantenmaschinen, die Hunderte von Quantenbits speichern können. IBM hat seine Ambitionen konkretisiert, indem es eine Blaupause für die Entwicklung von Quantencomputern veröffentlicht hat, die das Ziel beinhaltet, einen 1000-Qubit-Computer zu entwickeln.

Dies wird sich auf zahlreiche Branchen, insbesondere den Finanzsektor, störend auswirken. Tatsächlich ist der Finanzsektor schätzungsweise der erste Sektor, der kurz- und langfristig vom Quantencomputing profitiert.

Die zukünftigen Fortschritte des Quantencomputings in Banken und Finanzinstituten sind jedoch nicht ohne Herausforderungen. Identifizieren, welche Probleme effizient durch Quantenmaschinen gelöst werden können, Verbesserung der Schnittstelle für eine bessere Zugänglichkeit, Aufrüstung der Infrastruktur für diese Technologie und Erweiterung des Interesses an solchen Quantenmaschinen über eine Elitegruppe von Ärzten und Mathematikern hinaus – dies sind einige der Herausforderungen in dieses Feld, die in naher Zukunft bearbeitet werden müssen.

Insgesamt ist die Einführung quantenbasierter Lösungen kein kurzfristiger Prozess. Es ist nicht so, als würden Sie Ihre Softwaresysteme aktualisieren, bei denen Sie auf eine Schaltfläche klicken und mit allem fertig sind. Es ist ein langfristiger Weg, der nicht nur von der Fähigkeit des Bankensektors abhängt, Probleme zu definieren und die Infrastruktur anzupassen, sondern auch von seiner Fähigkeit, Mitarbeiter und Kunden in diesen Prozess einzubeziehen.

Häufig gestellte Fragen

Was sind die beliebtesten Quantenalgorithmen?

Ein Quantenalgorithmus ist eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, bei der jeder Schritt auf einem Quantencomputer ausgeführt werden kann. Der Begriff „Quantum“ wird für Algorithmen verwendet, die einige grundlegende Funktionen von Quantenberechnungen verwenden, wie z. B. Quantenverschränkung oder Quantensuperposition.

Diese Algorithmen können in verschiedenen Bereichen angewendet werden, einschließlich Suche und Optimierung, Kryptographie, Lösung von linearen Gleichungen großer Systeme und Simulation von Quantensystemen. Die fünf beliebtesten Quantenalgorithmen sind —

1. Shors Algorithmus :Faktor Ganzzahlen in polynomieller Zeit
2. Grover-Algorithmus :kann die unstrukturierten Suchprobleme schnell lösen
3. Simons Algorithmus :löst ein spezifisches Problem exponentiell schneller und mit weniger Abfragen als der beste deterministische klassische Algorithmus.
4. Bernstein-Vazirani-Algorithmus :wurde entwickelt, um eine Oracle-Trennung zwischen den Komplexitätsklassen BPP und BQP zu beweisen.
5. Deutsch–Jozsa-Algorithmus: war der erste, der gezeigt hat, dass die Verwendung eines Quantencomputers als Rechenwerkzeug für ein bestimmtes Problem von Vorteil sein kann.

Wann startet das Quantenfinanzsystem?

Die Ära des Quantenfinanzsystems beginnt. Innerhalb des nächsten Jahrzehnts wird Quantencomputing höchstwahrscheinlich zu einer der Mainstream-Lösungen im Finanzsektor werden.

Laut dem MarketsandMarkets Research-Bericht wird die Marktgröße für Quantencomputer bis 2026 voraussichtlich 1,76 Mrd. Es wird erwartet, dass die frühe Einführung quantenbasierter Technologien im Finanzsektor das Wachstum des Marktes weltweit ankurbeln wird.

Welche Banken investieren in Quantencomputer?

J.P. Morgan, Goldman Sachs, Citigroup, Mitsubishi Financial Group, Barclays, Wells Fargo, BNP Paribas, HSBC und Japan Post Bank – sie alle stecken Millionen von Dollar in diese Technologie; einige haben begonnen, mit Quantencomputeranwendungen zu experimentieren.

Können Sie in Quantencomputer investieren?

Ja, es gibt viele Möglichkeiten für Anleger, die auf die Quantencomputertechnologie setzen möchten. Eine Reihe von Unternehmen, die in diesem Bereich tätig sind, sind an der New York Stock Exchange notiert. Ein Quantencomputing-ETF (Defiance-Quanten-ETF) ist ebenfalls verfügbar, um ein allgemeineres Engagement in dieser Branche zu erzielen.