量子計算的金融應用：急不得、慢不得

為不至於重蹈前期部分金融業務「先發展後治理」而給國家及公眾帶來重大損失的覆轍，政府首先需要完善政策法規體系，對以量子計算等為名的非法金融活動重拳打擊，對量子計算之於國家信息安全、公民隱私保護的影響提前予以規範

文｜車寧 、Peter Grandich

任何足夠先進的技術都等同於魔術。

——阿瑟·C.克拉克，作家

人類精神必須凌駕於技術之上。

——阿爾伯特·愛因斯坦，科學家

如果說在之前的採集社會、遊牧社會和農耕社會，科技還只是發揮工具作用，那在工業社會及以後的現代文明中，科技則雄踞經濟金融舞臺的中央，其作用已然超越於「器」而進階為「道」，不但是生產的推動力量，而且是經濟的組織力量，這在數次科技革命的波浪式推進中也可窺見一斑。

然而與過去輝煌歷史相比略顯尷尬的是，科技已經長時間沒有取得與蒸汽、電氣時代相提並論的重大突破，被冠以「新」革命希望的技術雖然林林總總，但或者只是在地平線上搖曳閃爍，或者即使落地也成果寥寥。而當前世界範圍內經濟增長的疲軟以至民粹主義的泛濫，一定意義上也正是肇因於此。

於是就有了各種對科技的「戈多」（Godot）式等待，而就在這種等待中姍姍來遲的科技往往又具有了預言乃至玄學色彩，等待本身也異化為信仰。比如在十餘年前就開始走俏學界業界的區塊鏈，其分布式架構、密碼學技術在真正形成生產力前就已然在原教旨自由市場經濟學加持下狠狠收割了廣大「韭菜」，其不良影響至今未能完全消弭。

區塊鏈尚且如此，更何況量子計算，相比前者，後者不僅在理論上與普朗克、薛丁格、愛因斯坦等一眾大牛息息相關，在成果上也可算是原子彈、計算機等歷史性應用的堂親，甚至在文化層面上，測不準、量子糾纏等概念早已隨著科普讀物、科幻小說而為公眾所熟知，就連宗教人士也津津樂道於量子力學對經典物理的「顛覆」。

然而玄學不是科學，更不能替代科學，科學唯有與生產結合才能真正釋放其巨大作用。習近平總書記在中央政治局第24次集體學習中強調，「當今世界正經歷百年未有之大變局，科技創新是其中一個關鍵變量。我們要於危機中育先機、於變局中開新局，必須向科技創新要答案。要充分認識推動量子科技發展的重要性和緊迫性，加強量子科技發展戰略謀劃和系統布局，把握大趨勢，下好先手棋。」

不管是從歷史經驗、現實需求亦或國外布局來看，金融都將是量子科技的重要應用場景，兩者的結合有望革命性地提升金融服務的可得性、精準性和安全性，更好地滿足實體經濟需要，加速數字經濟的到來。然而一如著名發明家、作家巴克明斯特·富勒所言，人類正在學會各種正確的技術，但都是出於錯誤的理由。網際網路金融泡沫的「殷鑑不遠」，在謀劃量子計算金融應用的過程中，我們既需要熱情擁抱，更需要冷靜分析。

量子計算真正改變了什麼

與一般認知不同的是，量子計算的革命性突破固然表現在算力的成倍增長，更體現為算法的顛覆改造。

1981年，著名物理學家費曼（Feynman）在麻省理工學院舉辦的第一屆計算物理學大會上歷史性的演講中描繪出基於量子現象實現計算的前景。

四年之後，英國牛津大學教授多伊奇（Deutsch）首次提出了量子圖靈機的構架，量子計算開始具備了數學的基本型式。

量子計算和現有計算框架的根本性區別在於將計算的物理基礎從分子層級（電子運動）上升（或下降）到粒子層面，即物質的源頭（粒子是構成一切物質的最小單元，即萬物的本源）。

量子計算的基礎是作為物質最小單元粒子的不確定性，可以「既是A又是B」（既是0又是1）的疊加態形式存在，當一個系統中存在n個粒子時，其可以承載2n個狀態。與此相應，量子計算的運行模式是對每種可能的狀態都以並行的方式演化（a.k.a. 么正演化，微觀過程中的物質不滅原理），這是真正意義上的並行處理。這一模式的震撼之處在於，假設n=500，2500就比地球上已知的原子總數還要多，因此至少在理論推導的層面，量子計算徹底擺脫了宏觀世界中物質（矽）的空間限制。

在量子計算討論中時常遇到的另一個概念是量子糾纏，這是基於微觀世界的另一種物理現象，即兩個暫時耦合的粒子，不再耦合之後彼此之間仍舊維持關聯，即使兩者相距甚遠。2017年6月16日，量子科學實驗衛星墨子號首先成功實現了兩個量子糾纏光子在被分發到相距超過1200公裡的距離後仍可繼續保持其量子糾纏的狀態，量子計算就此可通過先創造一個多體糾纏態來實現。因此，在量子計算的體系結構裡，量子糾纏扮演了很重要的角色。

硬體領域，量子計算或量子計算機的實現需要一個載體或一個結構將多個粒子相互關聯起來，並對量子信息儲存單元（即量子位元，又稱量子比特；本文以下均以量子比特指稱）進行操作。這個物理載體被形象化地稱之為「量子晶片」，其核心就是產生「相干」的粒子（可簡單理解為相互幹擾的粒子）。目前嘗試實現量子晶片的路徑有超導、拓撲、矽量子點、光量子、離子阱等多種方式，但每一種方式還都存在著從理論上的可能性到實際落地的巨大鴻溝。

讓粒子能夠運算還必須要有量子線路，即對量子位元進行操作的線路。不同於古典電路中用金屬線所連接以傳遞電壓訊號或電流訊號，測量的是電子的變化；在量子線路中，線路是由時間所連接，亦即量子比特的狀態隨著時間演化，通過量子邏輯門操作量子位元（邏輯門是集成電路中的基本組件），使量子比特的狀態向指定方向改變；最後，通過量子測量讀出所有粒子的狀態就是需要的計算結果。

以上簡單介紹了和量子計算相關的概念。正如從經典物理到量子物理是理論框架從宏觀到微觀的跨越，從傳統計算到量子計算也是計算架構從分解到求解的飛躍。我們固然已經可以看到算力成百上千倍的增長的曙光，它將擊破我們很多現有的思維框架，變「不能為可能」，但這一天事實上還沒有真正來臨。

量子計算金融應用急不得

每年，IBM全球實驗室（IBMRese0arch Lab）都會展示五項重大技術突破並進行前景預測，他們相信未來五年內這些技術將從根本上重塑商業和社會。而量子計算正是2018年發布的五項技術之一，「今天，量子計算是研究者的舞臺。五年後，它將成為主流」，其當時如是說。

2019年10月，谷歌公司研究團隊研製了一個包含53個有效量子比特的處理器「西克莫」，並在《自然》（Nature）雜誌上發表。在測試中，這一處理器僅用了百餘秒時間就完成當前全球最好的超級計算機需要約1萬年才能完成的計算任務，這也就是被美國各種宣傳的「量子霸權」（ 量子計算相較於傳統計算的顛覆性）的由來。

然而現實的殘酷性在於，無論是IBM預測的2023年量子計算機進入大規模的商用，還是谷歌宣傳的量子計算對傳統計算的碾壓，都無法改變一個現實，即能夠進行通用計算的量子計算機時至今日都還不存在。所有已知的量子計算機都還是只能解決特定的問題。形象地說，它也許可以處理數理方面的世界性難題，卻仍然運行不了一個看似簡單的財務軟體。

從硬體實現路徑看，目前比較領先的技術是超導（IBM與谷歌均走的是超導路徑），這意味著量子計算只能在近乎絕對零度的狀態下進行。因此，除非另一種技術路徑快速取代超導，量子計算機的實現還有待常溫超導材料的突破。而常溫超導現象雖然在上世紀80年代即已在實驗室中被發現（幾乎與量子計算同時起源），但直到今天常溫超導材料仍然遙不可及。

再者，量子計算機固然具有極高的並行能力以及其以指數級增長的特性，這相比經典計算機當然具有無可比擬的優勢。事實上，上述前景的誘惑是如此巨大，不僅僅讓商業公司著迷，也讓國家政府參與到這場「軍備競賽」中。

2016年，歐盟宣布啟動11億美元的「量子旗艦」計劃；2018年，美國通過了《國家量子計劃法案》，計劃投資12億美元用於促進人工智慧和量子計算的發展；2019年8月，德國啟動總金額為6.5億歐元的國家量子計劃。我國也在量子計算相關領域投入巨大，包括發射量子通訊衛星墨子號等。

然而這一切都是著眼未來。需要清醒意識到的是，量子計算對當前計算基礎設施和框架的破壞性影響都還只是沙盤推演。如前所述，量子計算首先需解決通用性的問題，計算機技術之所以會引發第三次工業革命浪潮，是其從象牙塔裡走出來，面向普羅大眾，特別是1981年IBM推出個人電腦（PersonalComputer，即我們所熟悉的PC），從此一發不可收拾。類似地，量子計算機目前還只是科學家手中的「玩具」，雖然已經在定向解決某些世界性的計算難題上（如大數分解、 複雜路徑搜索等）展現了經典計算機無可比擬的優勢，但還沒有能實現通用的計算架構，這就好比能用來造火箭卻不能造汽車。

特別需要注意的是，在有關量子計算的介紹中，經常會提到「在量子計算的加持下，現有的密碼體系秒破」等等，這種觀點未免失之偏頗。要知道，量子計算的本質是提供超強的算力，技術是中性的，本身並不會選邊站，材料好了，矛尖盾也固。因此，量子計算雖然會帶來諸多革命性的變化，會影響到經濟和社會的很多層面，但這種變化仍需假以時日。

最後，安全也是量子計算介紹中一個被津津樂道的話題，在這個信息泛濫而確權滯後的時代，聲稱再無「竊聽風雲」無疑吸睛滿滿。大家期盼，由於量子通信的一次一密隨機加密方式以及量子世界中的任何觀測多會對系統本身造成擾動（不確定性），因此任何竊聽都會被發覺。然而，這一切都是去理想化、孤立看待量子計算，在一個存在噪音的環境中，量子計算的優勢也可以被利用。

2019年12月，國際著名物理期刊《應用物理綜述》（Physical Review Applied）發表了一篇題為《破解量子密鑰分發的雷射注入式攻擊》的論文，量子通信的安全問題由此再度引發關注。該論文通過實驗顯示，黑客可以把微弱的雷射注入到量子密鑰分發（QKD）的發射光源從而導致QKD信號強度增加；並進一步在理論上證明了QKD信號強度的意外增加會嚴重影響QKD的安全性。

2020年5月，法國國家網絡安全局（ANSSI）也發布了一份題為《應該將量子密鑰分發（QKD）用於安全通信嗎？》的重要技術指導文件，認為QKD僅有理論上的優勢，應用範圍極為有限而且實際安全性差。

在國內，也有相關研究（上海交通大學研究團隊）指出，量子加密遠不如理想中的可靠，它能夠被攻破原因正是其本身就存在物理缺陷。

可以預見，隨著量子計算的熱度越來越高，其安全性方面的漏洞將不斷被發現。這本身並不意外，恰恰說明一項技術的發展，都要經過補漏的過程。量子計算自然也不例外，其從不可靠到可靠，還有很多障礙需要克服。

量子計算場景預研慢不得

以上對於量子計算落地應用目前缺陷的分析固然「冷酷」，但冷酷是為了冷靜，分析是為了應用。事實上，在現代金融體系中，產品的結構已是越來越複雜，特別是隨著數量經濟學的發展，計算機已經成為金融產品和工具中不可分割的部分，部分數據的處理甚至需要超級計算機的引入。不僅如此，隨著數據對金融影響的深入，量子計算甚至可能改變金融業務及安全風控的底層邏輯。對於下列需要大量算力加持的金融領域，量子計算無疑有望成為具有決定性作用的勝負手。

來自深度機器學習的智能金融

智能金融這一概念的應用較為寬泛，難以清晰地定義其範疇或內涵，它更多泛指人工智慧在金融領域中的應用，智能客服、智能營銷、智能風控、智能信貸、智能投顧等等都是智能金融的表現形式，但其真正成功的運營模式無一不是以深度機器學習為基礎。金融數據具有複雜、高維度、低價值純度的特點，這對機器學習本身就是一個巨大挑戰。加上金融行業特有的時效性，計算資源的約束已然是限制智能化發展的主要因素之一。而量子計算正有可能為智能金融插上起飛的翅膀。

數字貨幣流通中的權屬登記

從公開披露的信息來看，定位於現鈔M0的數字貨幣在流通中，支付、結算、清算三者合一，因此任何一次交易都會有權屬登記的改變，這和現行的帳戶間清算的方式有很大的不同。一旦其應用場景從跨境、對公領域延伸至零售領域，特別是發生對移動電子支付的規模性替代，數字貨幣流通中對數據處理量、時效性乃至於安全性的技術需求都會有巨大增長。可以想見，量子計算將在各國數字貨幣基礎設施的建設中起到舉足輕重的作用。

依賴爆發性算力的算法交易

這類交易特指根據交易策略模型及實際行情信息進行計算並根據結果自動執行二級市場交易工具或品種。在實踐中，其優勢是以毫秒甚至微秒來體現，這尤其是在高頻的情況下。量子計算所代表的算力讓很多現在的不能成為未來的可能。事實上，現在的交易策略之所以越來越具有所謂「簡單之美」，也正是因為算力的補助。

對金融安全算法的影響及抗量子威脅

作為一種安全手段，加密在金融產品和服務中具有廣泛的應用，如基於RSA密鑰的安全工具U盾、K寶等就已被廣泛用於用戶身份乃至交易意願的認證。然而在未來量子計算的「威脅」下，目前許多正在使用的密碼學標準都已不夠安全。正是在這種未雨綢繆的意義上，「後量子密碼學」在相關研究中出現的次數日漸頻繁，在實踐討論中也逐漸走俏。

為對抗隱然成型的量子威脅，增強金融安全的解決方案包括利用加密算法增加複雜性，驅使方案運行時間的指數級增長，直到創建對於量子計算機都有難度的新型加密方法，而在這其中比較引人矚目的是所謂的「格密碼」。

「格」是一種數學結構，其理論研究源於克卜勒在1611年提出的所謂的「格困難」問題（LWE）：即在一個容器中堆放等半徑的小球所能達到的最大密度，而在多維空間如果所有的球心構成一個格，找到球的最大格堆積密度和最小格覆蓋密度問題是非常困難的。目前格密碼的發展方向包括基于格的零知識證明、格同態加密、格公鑰加密、格籤名等，部分研究已經開始進入商用階段。

量子計算發展需多方攜手

在前述中央政治局第24次集體學習中，習近平總書記的講話將發展量子計算提高到國家戰略角度，並要求健全政策支持體系，保證對量子科技領域的資金投入，帶動地方、企業、社會加大投入力度，加強國家戰略科技力量統籌建設，完善科研管理和組織機制。

從目前情況看，雖然我國在量子通信相關領域處於領先位置，但在量子計算其他方面的積累卻還處於相對薄弱甚至滯後的階段，仍需奮起直追。展望未來，量子計算發展意義重大且任重道遠，需要政府、專業機構、企業等多方攜手，群策群力。

對於政府來說，既需要驅逐「劣幣」，更需要培植「良幣」。量子計算在技術上前景與缺陷並存，應用上泡沫和意義同在，為不至於重蹈前期部分金融業務「先發展後治理」而給國家及公眾帶來重大損失的覆轍，政府首先需要完善政策法規體系，對以量子計算等為名的非法金融活動重拳打擊，對量子計算之於國家信息安全、公民隱私保護的影響提前予以規範。

此外，量子計算是一個高投入、高風險的領域，技術路徑上目前也屬於多頭並進的階段，這就需要政府組織相關機構及時開展全局分析，早日明確頂層設計。在此基礎上，既要用好傳統科技機制動員快、集中力量辦大事的優勢，又要探索適應量子計算產學研協同發展的新型研發機制，注意發揮市場的主動性。

對於專業機構來說，關鍵是發揮紐帶作用，凝結各方智慧。技術從實驗室到市場，需要實現從理論模型到原型應用，從原型應用到實際場景的多次跳躍，其間必然需要各類機構發揮各自優勢，當好現象級應用落地的「接生婆」。科技機構除了要在中西充分交流基礎上做好基礎研究外，也要以「問題」為導向，注意與企業、市場的結合與資源互補。

科研機構之外，行業協會、新型研發機構等也各有用武之地。量子計算投入巨大，如何控制成本、找準方向很大意義上是項目成敗的關鍵。政府的頂層設計、法律制度固然勾勒了技術及其應用的框架，但更細節的指導如標準建立等還需要行業協會的作用。在傳統高校、科研機構推進基礎研究之外，也需要與市場、資本聯繫更為緊密的新型研發機構在場景本地化上一展所長，使量子計算相關成果不僅能用，而且好用。

對於金融機構、科技企業來說，不僅要前瞻布局，更要深度參與。如前所述，金融業務是受量子計算影響比較大的領域之一，一方面，量子計算所帶來的算力增長為開發新的金融服務和產品帶來了無限可能性；另一方面，量子計算對現有安全體系的衝擊絕不可忽視，金融機構唯有早作布局應對，才能從容面對危險。

更為關鍵的是科技企業及其背後的投資機構。歷史的正反經驗充分說明，技術能否真正孕育成熟走向生產，固然需要象牙塔，更需要市場化。當前，量子計算從軟體到硬體諸多發展路徑仍不清晰，充滿挑戰的同時也不乏重大商機。並且正是在敏感的市場信號調節下，量子計算應用才能走出可持續發展之路。

事實上，我國企業的量子研究已然起步，如華為建設有量子計算雲平臺，阿里完成了可控量子比特研發，本源量子發布了分布式含噪量子虛擬機，翼帆數科開始對格密碼進行產品孵化等等，然而與國外同行相比仍有差距。立足如此廣闊的中國市場，期待更多企業能投入歷史洪流，在量子計算特別是其金融應用有所斬獲、有所貢獻。

（作者車寧系北京市網絡法學會副秘書長、Peter Grandich系美國Hiker Pi公司高級技術專家；編輯：袁滿）