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雖然目前的量子計算機還處於實驗階段，但它們的潛力已經引起了全球各行業的廣泛關注，金融體系也不例外。近期，國際清算銀行（BIS）釋出的一篇工作論文探討了量子計算在金融領域中的應用前景、潛在風險，以及如何應對這些挑戰。（首圖來自圖蟲創意）
量子計算的獨特之處
在傳統計算機中，資訊以位元的形式存在，每個位元只能是0或1。然而，量子計算機的基本單位——量子位元（qubit）則不同。量子位元可以同時處於0和1兩個狀態的疊加狀態，這一特性使得量子計算機能夠同時處理多個計算任務。換句話說，量子計算機能夠以指數級的效率解決某些複雜問題，這對於金融行業中的大規模資料分析、風險評估等任務具有巨大潛力。
除了疊加，量子位元還具有糾纏（entanglement）特性——多個量子位元可以共享一個共同的量子狀態。這意味著，量子計算可以並行處理多個計算路徑，而不是像傳統計算機那樣順序進行。這種能力使得量子計算在特定問題上比傳統計算機快得多。
量子計算在金融領域的應用
金融行業充滿了複雜的計算問題：資產定價、風險評估、投資組合最佳化、市場預測等。這些任務往往涉及極為龐大的資料集和複雜的數學模型，哪怕是當今最強大的傳統計算機也難以應對。而量子計算的出現，可能為這些挑戰帶來革命性的解決方案。
1.風險管理與壓力測試
風險管理是金融機構的核心任務之一。當前，金融機構使用經典的計算方法來評估和預測風險，通常依賴於蒙特卡洛模擬等技術。然而，隨著金融市場的複雜性增加，處理這些模擬所需的計算成本也不斷上升。量子計算能夠更快地執行這些模擬，從而提供更精確的風險評估。
2.投資組合最佳化
投資組合最佳化是金融領域的另一個關鍵問題。投資者希望在控制風險的前提下，最大化收益。問題在於，當投資組合中的資產數量增加時，最佳化計算的複雜性也會呈指數級增長。傳統計算機可能需要數週甚至數月才能計算出最佳投資組合，而量子計算機可以顯著縮短這一時間。
蒙特利爾銀行（BMO）是最早測試量子計算投資組合最佳化的金融機構之一。透過量子演算法，BMO成功優化了其投資組合，並大幅減少了計算時間。雖然目前量子計算機的規模還不足以處理全球金融市場的所有資料，但這次實驗為量子計算在實際金融應用中的潛力提供了有力的驗證。
3.金融市場預測與欺詐檢測
量子計算不僅可以最佳化投資組合，還可以用於金融市場的預測和交易策略的制定。透過與人工智慧（AI）的結合，量子計算可能為市場趨勢預測、交易模式識別等提供更高效的解決方案。此外，量子計算可以大幅提升金融機構的欺詐檢測能力。現代金融系統中，每天都在處理大量的交易資料，而識別其中的可疑活動需要強大的計算能力。量子計算可以加速這一過程，幫助金融機構更早發現潛在的欺詐行為。加拿大的一項實驗使用了量子計算來最佳化支付系統中的日常流動性管理。他們使用了量子退火演算法，並在30天的交易樣本中測試了該技術的效果。實驗結果顯示，透過量子計算，日常支付流動性管理中可以節省約2.4億到2.8億加元的流動資金。這一成果展示了量子計算在支付和結算系統中的應用潛力。
量子計算對金融安全的威脅
儘管量子計算為金融行業帶來了巨大的潛力，但它也帶來了嚴重的安全隱患。當前的金融系統依賴於經典的加密演算法來保障資料安全。然而，量子計算機的強大計算能力可能使現有的加密技術失效。
1.破壞現有加密演算法的能力
目前廣泛使用的加密技術，如RSA和橢圓曲線加密（ECC），依賴於一些經典計算機無法在可行時間內解決的數學難題。然而，量子計算機可以透過Shor演算法快速破解這些難題，從而輕鬆破解這些加密演算法。一旦這些加密系統被破壞，金融交易中的敏感資料將面臨極大的洩露風險。
2.“收集現在，破解未來”的攻擊策略
儘管目前的量子計算機還不足以破解現有的加密演算法，但一些駭客可能已經開始採取“收集現在，破解未來”的策略。這意味著，他們可能會提前截獲並存儲加密通訊，等待未來量子計算機成熟後再進行破解。因此，金融機構需要儘早採取措施，使用量子抗性加密（post-quantum cryptography）來保護資料。
如何應對量子計算的威脅
面對量子計算帶來的潛在安全威脅，金融機構和監管機構需要立即採取行動。量子抗性加密是一種可以抵禦量子計算攻擊的新型加密技術。儘管這些技術仍在開發和測試中，但它們將成為未來金融系統安全的關鍵。此外，量子技術本身也為提升安全性提供了新的可能性。例如，量子金鑰分發（QKD）利用量子物理的特性生成和分發安全金鑰，確保通訊的絕對安全。即使有人嘗試竊取這些金鑰，量子力學的基本原理也會使竊聽行為被檢測到。
例如，為了應對量子計算帶來的安全威脅，國際清算銀行（BIS）發起了Project Leap，旨在幫助全球央行及金融機構過渡到量子抗性加密。在該計劃的第一階段，研究團隊成功測試了基於量子抗性加密技術的虛擬專用網路（VPN），確保在德國和法國之間的金融資料傳輸安全。儘管這一技術在實際應用中仍存在一些效能挑戰，但其為未來金融安全提供了新的解決方案。
參考文獻：
[1]Auer, R., Dupont, A., Gambacorta, L., Park, J. S., Takahashi, K., & Valko, A. (2024). Quantum computing and the financial system: Opportunities and risks (BIS Papers No. 149). Bank for International Settlements.
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