金磐石：量子信息技術在金融領域的探索實踐
無科技、不金融，科技興、金融興。國家“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要指出,要在量子信息等領域實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目。人民銀行發布的《金融科技發展規劃（2022-2025年）》也明確提出，探索運用量子技術突破現有算力約束、算法瓶頸，提升金融服務并發處理能力和智能運算效率，節省能源消耗和設備空間，逐步培育一批有價值、可落地的金融應用場景。響應國家與行業號召，建設銀行履行大行擔當，布局量子信息技術應用實踐，探索金融行業量子信息技術應用之路。
中國建設銀行首席信息官 金磐石
量子信息技術帶來的機遇與挑戰
金融數字化轉型推動傳統業務信息化、日常操作線上化、決策分析智能化的同時，對金融系統的算力提出了更高要求，某種程度上講，算力已成為制約金融創新發展的關鍵因素。由于經典計算機處理器已接近制程極限，“量子隧穿效應”將導致經典摩爾定律失效，經典計算機處理器的算力提升也將愈加困難。與經典計算機處理器的流水線模式不同，量子計算機可并行處理數據，其算力隨著量子比特數量的增加呈指數型增長。當前，量子計算機正逐步從原型機時代邁向中等規模含噪量子計算（NISQ）時代，中國科學技術大學的66量子比特處理器“祖沖之2.0”和IBM的127量子比特處理器“鷹”相繼發布，量子信息技術迭代速度也不斷加快，成熟期可能更早到來，布局量子信息技術正當其時。
金融數字化轉型促進業務信息化，也帶來業務信息的數據化，自然對信息安全提出更高要求。眾所周知，技術是把雙刃劍，量子信息技術帶來算力躍升的同時，也給信息安全帶來了巨大挑戰，通過Shor等量子算法，量子計算機能夠在短時間內破解RSA、ECC等當下被金融行業廣泛使用的公鑰密碼體系，這將嚴重影響金融業信息安全。為應對量子安全威脅，美國國家標準與技術研究院（NIST）自2016年開始，已展開了三輪抗量子加密算法的征集，并號召美國前五大銀行做好后量子安全遷移計劃。2021年，美國國家網絡安全卓越中心發布了白皮書《為后量子密碼做好準備：探索采用后量子密碼算法的挑戰》，詳細列舉了從公鑰密碼基礎設施向后量子密碼遷移的諸多挑戰，并建議盡快啟動抗量子安全遷移工作。在該領域的滯后，極有可能帶來信息安全防線的失控，風險不可忽視。
量子信息技術在金融業中的應用前景
麥肯錫和摩根大通等機構的多份報告指出，金融是最有可能率先通過量子計算獲益的行業之一，包括摩根大通、高盛集團等國際金融巨頭均在相關方向上持續發力，研究可實際應用的量子算法。
建設銀行把握量子信息技術趨勢、結合金融科技實踐，提出了量子金融（即Financial-Quantum，簡稱Fin-Q），特指量子信息技術在金融行業中的應用，其主要應用方向包括：信息安全、風險識別與計量、最優化問題求解、機器學習等。量子信息安全是利用數學難題抵抗量子攻擊，或直接利用量子隨機性、量子糾纏、不可克隆等特性，構建量子安全解決方案，實現量子安全加密、量子保密通信、量子密鑰分發，保障金融安全；風險管理領域主要利用量子的算力優勢進行風險識別與計量、風險價值計量、金融衍生品定價、流動性風險分析、欺詐檢測、反洗錢；最優化問題求解方面，利用量子近似優化等算法進行投資組合優化、投資組合對沖、高頻套利交易等；機器學習方面，主要利用量子變分線路等進行異常檢測、自然語言處理、風險事件聚類、隱含波動率計算等。
建設銀行的量子金融實踐
為給行業大規模應用探尋可行路徑，建設銀行在國內率先成立量子金融應用實驗室。實驗室成立一年多以來，組建了專業的內部研發團隊，展開對外合作，與國內外頂級量子安全、量子計算團隊聯合展開產品和技術研發，與中國科學技術大學等機構聯合發起中國計算機學會量子計算專業組，共同推進量子信息技術生態發展，開展了一系列前瞻性研究和創新性探索。立足發揮量子安全的獨特優勢，打造量子金融的安全之“盾”；充分發揮量子計算的優勢，打造量子金融的動力之“矛”。
1.“盾”：利用抗量子加密，強化金融核心資產安全
量子計算機的加速迭代給行業帶來非對稱優勢的同時，也給金融核心安全帶來了巨大挑戰。建設銀行積極評估行內密碼體系面臨的量子攻擊風險，與國內領先的抗量子加密團隊深入合作，完成了抗量子加密算法研發、解決方案設計、多個系統應用落地、牽頭制定行業標準等工作，持續努力為金融行業鑄造堅實的護盾。
（1）率先提出“兩把鎖”抗量子解決方案
建設銀行持續跟蹤國際抗量子領域技術發展趨勢，于2019年完成了算法選型與原型驗證工作，在金融行業率先提出“兩把鎖”的抗量子安全增強解決方案。在依規使用現有國密算法基礎上，用第二把抗量子鎖進行再加密，在不降低安全等級與兼顧現有軟硬件環境的前提下，有效抵御潛在的量子計算攻擊，保證了金融系統的長期安全。
（2）探索抗量子加密應用落地
為充分保護核心數據安全，滿足數據前向安全，建設銀行先后在新一代文件傳輸、監管報送等8個自有系統中率先實踐了“兩把鎖”的抗量子解決方案，經過近兩年的運行在性能與可用性上得到了充分的驗證。
（3）牽頭起草抗量子金融應用指南
建設銀行在發展自身安全的同時積極賦能本行業，于2020年向人民銀行及相關部門提交了抗量子方面的研究報告。通過《抗量子密碼技術金融應用標準體系研究》課題，牽頭起草了金融行業的抗量子安全指南，并獲得全國金融標準技術委員會2020年度金融標準化重點研究課題優秀獎。
圖 建設銀行量子金融應用實驗室揭牌
2.“矛”：搭建量子金融云平臺，共研量子金融實用算法
為充分發揮量子計算機的潛能，建設銀行積極推進量子計算平臺的建設和算法研發，自主搭建了量子金融云平臺，研發了量子金融算法，還與國內領先的量子計算廠商合作，聯合發布了國內首批量子金融算法，積極推進量子物理機和量子金融專用芯片的應用和研發工作。
（1）搭建量子金融云平臺
建設銀行基于多年的金融系統研發能力，依托金融云原生底座，自主研發了量子金融云平臺，目前已經進入內部測試階段。該平臺具備量子線路圖和在線Notebook等多種量子算法研發模式，底層算力可兼容量子模擬器與量子物理機，將為國內金融行業量子信息技術的發展提供有力的支撐。線路可視化開發環境的界面如圖所示。
圖 量子金融云平臺量子線路圖開發環境
（2）探索量子計算在金融場景中的應用
在量子金融云平臺的基礎上，建設銀行積極探索量子計算在金融場景中的應用潛力，并推出了“量子貝葉斯網絡算法”和“量子投資組合優化算法”兩項量子金融應用算法。前者充分利用復合量子系統基矢指數擴張等特性，在量子線路上表示貝葉斯網絡，應用于銀行流動性風險分析、企業破產風險分析等領域。后者結合量子計算和經典計算對二進制組合優化問題進行近似求解，并將熱啟動算法與投資組合模型相結合，進一步提升算法準確性，可應用于多種資產的投資組合優化問題。
（3）聯合發布國內首批量子金融應用算法
建設銀行在培養內部量子科技實力的同時，對外拓展量子生態合作，攜手戰略合作伙伴發布了國內首批量子金融算法，包括“量子期權定價算法”與“量子VaR（Value at Risk）值估計算法”。前者使用量子振幅估計相關算法來實現雙對數級別的運算加速，從而快速獲得一個高置信度的價格估計。后者應用量子振幅估計相關的算法來實現對經典蒙特卡羅法雙對數級別的量子加速，最后獲得一個穩定的VaR值估計。
未來展望
量子信息技術是一項對傳統技術體系產生沖擊、進行重構的重大顛覆性技術創新，有望引領新一輪科技革命和產業變革。金融行業作為量子計算最可能率先應用的領域之一，有望迎來量子應用的蓬勃發展。
建設銀行將繼續秉承國有大行的使命擔當，積極響應國家布局量子信息的戰略號召，與金融和科技同行一道，瞄準行業共性關鍵技術應用難題，深化研究合作，積極推進量子金融云平臺建設，共建量子金融應用產業生態，為量子信息技術在金融領域應用推廣做出貢獻。
