金磐石：量子信息技术在金融领域的探索实践
无科技、不金融，科技兴、金融兴。国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要指出,要在量子信息等领域实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。人民银行发布的《金融科技发展规划（2022-2025年）》也明确提出，探索运用量子技术突破现有算力约束、算法瓶颈，提升金融服务并发处理能力和智能运算效率，节省能源消耗和设备空间，逐步培育一批有价值、可落地的金融应用场景。响应国家与行业号召，建设银行履行大行担当，布局量子信息技术应用实践，探索金融行业量子信息技术应用之路。
中国建设银行首席信息官 金磐石
量子信息技术带来的机遇与挑战
金融数字化转型推动传统业务信息化、日常操作线上化、决策分析智能化的同时，对金融系统的算力提出了更高要求，某种程度上讲，算力已成为制约金融创新发展的关键因素。由于经典计算机处理器已接近制程极限，“量子隧穿效应”将导致经典摩尔定律失效，经典计算机处理器的算力提升也将愈加困难。与经典计算机处理器的流水线模式不同，量子计算机可并行处理数据，其算力随着量子比特数量的增加呈指数型增长。当前，量子计算机正逐步从原型机时代迈向中等规模含噪量子计算（NISQ）时代，中国科学技术大学的66量子比特处理器“祖冲之2.0”和IBM的127量子比特处理器“鹰”相继发布，量子信息技术迭代速度也不断加快，成熟期可能更早到来，布局量子信息技术正当其时。
金融数字化转型促进业务信息化，也带来业务信息的数据化，自然对信息安全提出更高要求。众所周知，技术是把双刃剑，量子信息技术带来算力跃升的同时，也给信息安全带来了巨大挑战，通过Shor等量子算法，量子计算机能够在短时间内破解RSA、ECC等当下被金融行业广泛使用的公钥密码体系，这将严重影响金融业信息安全。为应对量子安全威胁，美国国家标准与技术研究院（NIST）自2016年开始，已展开了三轮抗量子加密算法的征集，并号召美国前五大银行做好后量子安全迁移计划。2021年，美国国家网络安全卓越中心发布了白皮书《为后量子密码做好准备：探索采用后量子密码算法的挑战》，详细列举了从公钥密码基础设施向后量子密码迁移的诸多挑战，并建议尽快启动抗量子安全迁移工作。在该领域的滞后，极有可能带来信息安全防线的失控，风险不可忽视。
量子信息技术在金融业中的应用前景
麦肯锡和摩根大通等机构的多份报告指出，金融是最有可能率先通过量子计算获益的行业之一，包括摩根大通、高盛集团等国际金融巨头均在相关方向上持续发力，研究可实际应用的量子算法。
建设银行把握量子信息技术趋势、结合金融科技实践，提出了量子金融（即Financial-Quantum，简称Fin-Q），特指量子信息技术在金融行业中的应用，其主要应用方向包括：信息安全、风险识别与计量、最优化问题求解、机器学习等。量子信息安全是利用数学难题抵抗量子攻击，或直接利用量子随机性、量子纠缠、不可克隆等特性，构建量子安全解决方案，实现量子安全加密、量子保密通信、量子密钥分发，保障金融安全；风险管理领域主要利用量子的算力优势进行风险识别与计量、风险价值计量、金融衍生品定价、流动性风险分析、欺诈检测、反洗钱；最优化问题求解方面，利用量子近似优化等算法进行投资组合优化、投资组合对冲、高频套利交易等；机器学习方面，主要利用量子变分线路等进行异常检测、自然语言处理、风险事件聚类、隐含波动率计算等。
建设银行的量子金融实践
为给行业大规模应用探寻可行路径，建设银行在国内率先成立量子金融应用实验室。实验室成立一年多以来，组建了专业的内部研发团队，展开对外合作，与国内外顶级量子安全、量子计算团队联合展开产品和技术研发，与中国科学技术大学等机构联合发起中国计算机学会量子计算专业组，共同推进量子信息技术生态发展，开展了一系列前瞻性研究和创新性探索。立足发挥量子安全的独特优势，打造量子金融的安全之“盾”；充分发挥量子计算的优势，打造量子金融的动力之“矛”。
1.“盾”：利用抗量子加密，强化金融核心资产安全
量子计算机的加速迭代给行业带来非对称优势的同时，也给金融核心安全带来了巨大挑战。建设银行积极评估行内密码体系面临的量子攻击风险，与国内领先的抗量子加密团队深入合作，完成了抗量子加密算法研发、解决方案设计、多个系统应用落地、牵头制定行业标准等工作，持续努力为金融行业铸造坚实的护盾。
（1）率先提出“两把锁”抗量子解决方案
建设银行持续跟踪国际抗量子领域技术发展趋势，于2019年完成了算法选型与原型验证工作，在金融行业率先提出“两把锁”的抗量子安全增强解决方案。在依规使用现有国密算法基础上，用第二把抗量子锁进行再加密，在不降低安全等级与兼顾现有软硬件环境的前提下，有效抵御潜在的量子计算攻击，保证了金融系统的长期安全。
（2）探索抗量子加密应用落地
为充分保护核心数据安全，满足数据前向安全，建设银行先后在新一代文件传输、监管报送等8个自有系统中率先实践了“两把锁”的抗量子解决方案，经过近两年的运行在性能与可用性上得到了充分的验证。
（3）牵头起草抗量子金融应用指南
建设银行在发展自身安全的同时积极赋能本行业，于2020年向人民银行及相关部门提交了抗量子方面的研究报告。通过《抗量子密码技术金融应用标准体系研究》课题，牵头起草了金融行业的抗量子安全指南，并获得全国金融标准技术委员会2020年度金融标准化重点研究课题优秀奖。
图 建设银行量子金融应用实验室揭牌
2.“矛”：搭建量子金融云平台，共研量子金融实用算法
为充分发挥量子计算机的潜能，建设银行积极推进量子计算平台的建设和算法研发，自主搭建了量子金融云平台，研发了量子金融算法，还与国内领先的量子计算厂商合作，联合发布了国内首批量子金融算法，积极推进量子物理机和量子金融专用芯片的应用和研发工作。
（1）搭建量子金融云平台
建设银行基于多年的金融系统研发能力，依托金融云原生底座，自主研发了量子金融云平台，目前已经进入内部测试阶段。该平台具备量子线路图和在线Notebook等多种量子算法研发模式，底层算力可兼容量子模拟器与量子物理机，将为国内金融行业量子信息技术的发展提供有力的支撑。线路可视化开发环境的界面如图所示。
图 量子金融云平台量子线路图开发环境
（2）探索量子计算在金融场景中的应用
在量子金融云平台的基础上，建设银行积极探索量子计算在金融场景中的应用潜力，并推出了“量子贝叶斯网络算法”和“量子投资组合优化算法”两项量子金融应用算法。前者充分利用复合量子系统基矢指数扩张等特性，在量子线路上表示贝叶斯网络，应用于银行流动性风险分析、企业破产风险分析等领域。后者结合量子计算和经典计算对二进制组合优化问题进行近似求解，并将热启动算法与投资组合模型相结合，进一步提升算法准确性，可应用于多种资产的投资组合优化问题。
（3）联合发布国内首批量子金融应用算法
建设银行在培养内部量子科技实力的同时，对外拓展量子生态合作，携手战略合作伙伴发布了国内首批量子金融算法，包括“量子期权定价算法”与“量子VaR（Value at Risk）值估计算法”。前者使用量子振幅估计相关算法来实现双对数级别的运算加速，从而快速获得一个高置信度的价格估计。后者应用量子振幅估计相关的算法来实现对经典蒙特卡罗法双对数级别的量子加速，最后获得一个稳定的VaR值估计。
未来展望
量子信息技术是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新，有望引领新一轮科技革命和产业变革。金融行业作为量子计算最可能率先应用的领域之一，有望迎来量子应用的蓬勃发展。
建设银行将继续秉承国有大行的使命担当，积极响应国家布局量子信息的战略号召，与金融和科技同行一道，瞄准行业共性关键技术应用难题，深化研究合作，积极推进量子金融云平台建设，共建量子金融应用产业生态，为量子信息技术在金融领域应用推广做出贡献。
