¿Qué es el sistema financiero cuántico? [Una descripción general simple]

Las finanzas cuánticas son una rama de la econofísica, un campo de investigación interdisciplinario heterodoxo que implica la aplicación de teorías y técnicas para resolver problemas complejos en economía.

La implementación de la tecnología cuántica para los problemas financieros, especialmente aquellos que se ocupan de dinámicas no lineales, incertidumbre o procesos estocásticos, puede ser extremadamente beneficioso para los pioneros. Una reacción más rápida a la volatilidad del mercado, un análisis de riesgos más preciso y el empleo de datos de comportamiento para mejorar la participación del cliente son algunas de las ventajas específicas que la computación cuántica puede ofrecer en las próximas décadas.

Si se pregunta si el sistema financiero cuántico podría ser algo real, entonces la respuesta es sí. Puede que a algunas personas les parezca ciencia ficción, pero esta es una tecnología muy genuina.

De hecho, el concepto de implementación del dinero cuántico fue introducido en 1970 por el físico investigador Stephen Wiesner. Sin embargo, permaneció inédito hasta 1983, y en 2013 se inventó una forma práctica de desarrollarlo (utilizando métodos de programación semidefinida).

En la actualidad, el objetivo principal del Financial Quantum System es facilitar la integridad constante del movimiento de los fondos, estimar con precisión la incertidumbre en los modelos financieros y eliminar las deficiencias del sistema bancario central.

Sistema financiero actual

El mundo financiero ha evolucionado mucho en los últimos 50 años. No hace mucho tiempo, la forma más común de pagar al comprar algo era usar efectivo. Ahora tenemos muchas opciones. Use una tarjeta de débito / crédito o pague con una aplicación o billetera de criptomonedas en su teléfono inteligente. La elección es tuya.

Hoy, los 30 bancos más grandes del mundo administran más de $ 55 billones combinados. Según la Securities Industry and Financial Market Association, el tamaño del mercado de bonos supera los 119 billones de dólares en todo el mundo y 46 billones de dólares para el mercado estadounidense.

En este mercado complejo, una gran cantidad de actividades de servicios financieros (que van desde la fijación de precios de valores hasta el análisis de riesgos) se realizan cada segundo. Cada actividad requiere la capacidad de evaluar los resultados a corto y largo plazo.

Para hacer esto, las instituciones financieras utilizan algoritmos avanzados y modelos de aprendizaje automático que miden probabilidades estadísticas. Sin embargo, estos modelos no son completamente precisos; todos vimos lo que sucedió durante la crisis financiera de 2008.

La tecnología actual aún necesita madurar de muchas formas para cumplir las promesas. Por lo tanto, varias compañías financieras están probando nuevos procesadores que aprovechan las leyes de la física cuántica para procesar grandes volúmenes de datos a una velocidad sin precedentes. Las posibilidades son infinitas.

¿Cómo puede ayudar la informática cuántica?

Las máquinas cuánticas pueden revolucionar industrias que requieren una enorme potencia informática, incluido el descubrimiento de nuevos medicamentos, la potenciación de redes neuronales profundas, el modelado de mercados financieros y el desarrollo de una forma segura de comunicación (internet cuántico). En este artículo, nos hemos centrado en cómo las computadoras cuánticas pueden mejorar los sistemas financieros actuales.

Los sectores bancarios, las empresas financieras no bancarias, los fondos de cobertura y otras instituciones financieras se ocupan de datos muy sensibles, como las transacciones y los contratos de los clientes. Estos datos deben mantenerse privados y seguros durante un período de tiempo más largo.

La mayoría de las actividades bancarias, como los precios de los valores, implican un alto grado de complejidad computacional. En el caso de la fijación de precios de opciones, surge una complejidad adicional debido a la necesidad de responder a mercados que cambian rápidamente.

Por lo tanto, las instituciones financieras siempre están buscando formas de determinar de manera eficiente el precio de las opciones sobre acciones, mientras mantienen seguros los datos de los clientes. La investigación ha demostrado que la computación cuántica tiene un gran potencial para resolver problemas financieros tan críticos.

Cuando se trata de simular la mecánica cuántica y otros algoritmos, como el algoritmo de Grover para la búsqueda cuántica y el algoritmo de Shor para la factorización, las computadoras cuánticas pueden superar fácilmente a las computadoras clásicas.

Conceptos básicos de la computación cuántica

El principio de funcionamiento de las computadoras cuánticas se basa en la física cuántica, que muestra que ciertas propiedades de las partículas permanecen en dos estados diferentes, o en cualquier combinación de dos estados, en un momento dado. A diferencia de las computadoras clásicas que funcionan en sistemas de procesamiento dualista (0 y 1), las máquinas cuánticas pueden ser simultáneamente 0 y 1, o una combinación de 0 y 1.

Dado que el sistema cuántico puede existir en múltiples estados al mismo tiempo exacto (este fenómeno se llama superposición), puede realizar tareas mucho más complicadas que están más allá del alcance de las supercomputadoras clásicas. Esto abre la exploración de vastas posibilidades computacionales.

Los resultados de la computación cuántica también son diferentes de sus contrapartes binarias. Son probabilísticos (en lugar de deterministas), lo que significa que las salidas pueden diferir incluso si la entrada sigue siendo la misma. Por lo tanto, se debe realizar el mismo cálculo varias veces para asegurarse de que sus resultados converjan hacia una media.

Mientras que las computadoras clásicas funcionan con bits, la unidad básica de información cuántica se llama qubit (o bit cuántico). Puede diseñarse como fotones, electrones o núcleos. Los ejemplos incluyen la polarización de un fotón en el que los dos estados pueden ser la "polarización horizontal" y la "polarización vertical"; o el giro de un electrón en el que dos estados pueden "girar hacia arriba" y "girar hacia abajo".

Según las leyes cuánticas, un qubit puede estar en una superposición coherente de ambos estados al mismo tiempo. Por ejemplo, una computadora cuántica de dos qubits podría tener estados '00' '01' '10' '11'. Una computadora clásica requeriría 4 bits para lograr esto.

De manera similar, 3 qubits pueden ser lo mismo que 8 bits binarios, 4 qubits lo mismo que 16 bits, 5 qubits lo mismo que 32, 6 qubits lo mismo que 64, y así sucesivamente. Para poner esto en perspectiva, un sistema de 300 qubit puede tener más estados que el número total de átomos en el universo. Incluso la supercomputadora clásica más poderosa nunca podría procesar esa cantidad de datos.

Es por eso que las instituciones financieras están mostrando un gran interés por la computación cuántica. Si bien ninguna máquina cuántica está lo suficientemente avanzada para realizar tareas que una computadora clásica no puede realizar, se están haciendo grandes progresos.

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Sistema monetario cuántico

En el modelo estándar de banca, el dinero se reconoce en tres formas diferentes:dinero mercantil, dinero fiduciario y dinero fiduciario.

También hemos visto el aumento de las criptomonedas en la última década, pero aún no es ampliamente reconocible. Es un sistema de pago digital que no tiene ninguna autoridad central de emisión o regulación. En cambio, se basa en un libro mayor público distribuido conocido como blockchain, un registro de todas las transacciones mantenidas por los tenedores de divisas.

El dinero cuántico lleva las cosas al siguiente nivel. Aplica protocolo criptográfico cuántico para generar y validar monedas. Dado que los estados cuánticos arbitrarios no se pueden copiar perfectamente, es imposible falsificar dinero cuántico.

La idea se ve muy bien en papel, pero no es factible de implementar con la tecnología actual. Esto se debe a que el dinero cuántico requiere almacenar los estados cuánticos arbitrarios en la memoria cuántica, una versión mecánica cuántica de la memoria de computadora convencional.

Aunque años de investigación y experimentos han permitido que la memoria cuántica almacene qubits, solo puede hacerlo por un tiempo muy corto. Muchos institutos de investigación de todo el mundo están trabajando en nuevos materiales para crear recuerdos que podrían contener la información cuántica transportada por la luz.

Beneficios del sistema financiero cuántico

Si bien duplicar la potencia de una computadora convencional requiere aproximadamente el doble de transistores trabajando en una tarea, la potencia de una computadora cuántica se puede duplicar agregando solo un qubit. Por lo tanto, podría ser muy beneficioso para los primeros.

La computación cuántica puede permitir a las instituciones financieras resolver problemas comerciales muy específicos y rediseñar algunos procesos operativos en la próxima década.

Modelo de predicción y segmentación de clientes :Las computadoras cuánticas son excepcionalmente buenas para encontrar patrones ocultos a partir de estructuras de datos complejas, realizar clasificaciones y predicciones precisas.

Detección de fraude :Las instituciones financieras pierden entre $ 20 y $ 45 mil millones en ingresos cada año debido al fraude y las malas prácticas de administración de servicios. Los sistemas de detección de fraude existentes no son tan confiables. Devuelven un 80% de falsos positivos, lo que hace que el sector bancario permanezca en riesgo la mayor parte del tiempo.
La computación cuántica puede ofrecer una ventaja definitiva en la batalla contra el fraude de pagos. El poder de la velocidad exponencial, derivado de la superposición cuántica y el entrelazamiento, puede ayudar a reevaluar varias soluciones posibles para optimizar los algoritmos de detección de fraude.

Gestión de clientes :La computación cuántica podría agilizar perfectamente los procesos y ayudar al personal a hacer que la experiencia del cliente sea impecable.

Gestión de cartera :La computación cuántica tiene el potencial de acelerar los modelos de precios de activos y cultivar mejoras en el rendimiento. Puede realizar una gran cantidad de cálculos de optimización en una fracción del tiempo sin la necesidad de utilizar aproximaciones.

Sus capacidades de optimización combinatoria podrían ayudar a los inversores a mejorar la diversificación de la cartera, reequilibrar las inversiones de la cartera de acuerdo con las condiciones del mercado y los objetivos finales, y agilizar de manera eficiente los procesos de liquidación de operaciones.

Desarrollos recientes en finanzas cuánticas

El progreso realizado en los últimos 10 años hacia la supremacía cuántica demuestra que las computadoras cuánticas son más capaces de resolver algunos problemas específicos que cualquier computadora convencional.

En 2014, por ejemplo, un equipo de investigadores de los Países Bajos aprovechó las capacidades de la mecánica cuántica para desarrollar una técnica a prueba de fraude para autenticar una tarjeta de crédito / débito que es prácticamente imposible de frustrar.

En 2018, investigadores canadienses publicaron un algoritmo cuántico para la fijación de precios de Monte Carlo de derivados financieros, demostrando un método para crear distribuciones de probabilidad relevantes en superposición cuántica y una técnica para extraer el precio de derivados financieros a través de mediciones cuánticas.

En 2020, David Orrell propuso un modelo binomial de fijación de precios de opciones basado en un paseo cuántico que se puede ejecutar directamente en un dispositivo cuántico. Ese mismo año, se utilizaron computadoras cuánticas D-Wave para resolver el problema de optimización de la cartera. Los resultados fueron muy prometedores:el rendimiento del hardware D-Wave (aunque de tamaño limitado) es comparable al de las computadoras clásicas ultrarrápidas.

En 2021, un grupo de investigadores desarrolló algoritmos cuánticos para el comercio de arbitraje estadístico de alta frecuencia mediante el uso de estimación de número de condición de tiempo variable y regresión lineal cuántica.

Presente y futuro de las finanzas cuánticas

La tecnología de computación cuántica aún no está completamente desarrollada. De hecho, la mayoría de sus beneficios y aplicaciones siguen siendo conceptuales. Por lo tanto, todo el sector bancario tiene dos opciones:

• Espere la tecnología y reaccione solo cuando se identifiquen oportunidades o amenazas.
• O comience a conectarse con el mundo cuántico, identifique casos de uso e integre soluciones de seguridad cuántica.

La segunda opción parece mejor. Muchos bancos de inversión y sociedades de cartera de servicios financieros, incluidos JPMorgan Chase, HSBC y Wells Fargo, ya han comenzado a invertir millones de dólares en programas de investigación e innovación cuántica.

Se ha dedicado una gran cantidad de trabajo de investigación e ingeniería a la realización de algoritmos cuánticos con importantes aceleraciones polinómicas en subrutinas de carga y procesamiento de datos.

Hasta ahora, no se ha inventado ninguna aplicación práctica de la computación cuántica con aceleración exponencial sobre su contraparte clásica, pero se han propuesto numerosos modelos prometedores.

IBM, por ejemplo, ha logrado empaquetar 127 qubits en su chip de computación cuántica patentado. El procesador utiliza múltiples capas para alojar cables portadores de señales, lo que permite lecturas precisas de los qubits. Aunque la técnica es común en los chips clásicos, es un gran logro en el mundo de la computación cuántica.

Se espera que las computadoras cuánticas superen las capacidades de las computadoras clásicas para fines de 2030. Los gigantes tecnológicos, incluidos IBM y Google, están trabajando en máquinas cuánticas que pueden contener cientos de bits cuánticos. IBM ha hecho sus aspiraciones más concretas al publicar un plan para el desarrollo de computadoras cuánticas, que incluye el objetivo de desarrollar una computadora de 1000 qubit.

Esto tendrá un impacto disruptivo en numerosas industrias, en particular las financieras. De hecho, se estima que las finanzas son el primer sector en beneficiarse de la computación cuántica a corto y largo plazo.

Sin embargo, los futuros avances de la computación cuántica dentro de las instituciones bancarias y financieras no están exentos de desafíos. Identificar qué problemas pueden resolverse de manera eficiente con máquinas cuánticas, mejorar la interfaz para una mejor accesibilidad, actualizar la infraestructura para adaptarse a esta tecnología y extender el interés en tales máquinas cuánticas más allá de un grupo de élite de médicos y matemáticos:estos son algunos de los desafíos en este campo que habrá que abordar en un futuro próximo.

En general, la adopción de soluciones basadas en la tecnología cuántica no es un proceso a corto plazo. No es como actualizar sus sistemas de software donde hace clic en un botón y termina con todo. Es un viaje a largo plazo y depende no solo de la capacidad del sector bancario para definir problemas y ajustar la infraestructura, sino también de su capacidad para incluir personal y clientes en este proceso.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son los algoritmos cuánticos más populares?

Un algoritmo cuántico es una instrucción paso a paso, donde cada paso se puede realizar en una computadora cuántica. El término "cuántico" se utiliza para aquellos algoritmos que utilizan algunas características básicas de los cálculos cuánticos, como el entrelazamiento cuántico o la superposición cuántica.

Estos algoritmos se pueden aplicar en varios campos, incluida la búsqueda y optimización, la criptografía, la resolución de ecuaciones lineales de grandes sistemas y la simulación de sistemas cuánticos. Los cinco algoritmos cuánticos más populares son:

1. Algoritmo de Shor :factores enteros en tiempo polinomial
2. Algoritmo de Grover :puede resolver rápidamente los problemas de búsqueda no estructurada
3. Algoritmo de Simon :resuelve un problema específico exponencialmente más rápido y con menos consultas que el mejor algoritmo clásico determinista.
4. Algoritmo de Bernstein – Vazirani :fue desarrollado para probar una separación de Oracle entre las clases de complejidad BPP y BQP.
5. Algoritmo de Deutsch – Jozsa: fue el primero en demostrar que el uso de una computadora cuántica como herramienta computacional para un problema en particular puede ser ventajoso.

¿Cuándo comenzará el sistema financiero cuántico?

La era del sistema financiero cuántico está a punto de comenzar. En la próxima década, la computación cuántica probablemente se convertirá en una de las soluciones principales en el sector financiero.

Según el informe MarketsandMarkets Research, se espera que el tamaño del mercado de la computación cuántica alcance los $ 1,76 mil millones en 2026 desde los $ 472 millones en 2021, creciendo a una tasa compuesta anual del 30,1% durante el período de pronóstico. Se espera que la adopción temprana de tecnologías de base cuántica en el sector financiero impulse el crecimiento del mercado en todo el mundo.

¿Qué bancos están invirtiendo en computación cuántica?

J.P. Morgan, Goldman Sachs, Citigroup, Mitsubishi Financial Group, Barclays, Wells Fargo, BNP Paribas, HSBC y Japan Post Bank:todos están invirtiendo millones de dólares en esta tecnología; algunos han comenzado a experimentar con aplicaciones de computación cuántica.

¿Puede invertir en computación cuántica?

Sí, hay muchas oportunidades disponibles para los inversores que quieran apostar por la tecnología de computación cuántica. Varias empresas que trabajan en esta área cotizan en la Bolsa de Valores de Nueva York. También está disponible un ETF de computación cuántica (ETF de desafío cuántico) para obtener una exposición más general a esta industria.