Sistemas Financieros Cuánticos: Una Visión General Clara y Práctica

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

La implementación de tecnología cuántica en problemas financieros —especialmente aquellos que tratan dinámicas no lineales, incertidumbre o procesos estocásticos— puede resultar extremadamente beneficiosa para los primeros en adoptarla. Una reacción más rápida a la volatilidad del mercado, un análisis de riesgo más preciso y el uso 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 te preguntas si el sistema financiero cuántico podría ser una realidad, la respuesta es sí. Aunque a algunos les parezca ciencia ficción, se trata de una tecnología genuina y en desarrollo.

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

Hoy, el objetivo principal del Sistema Financiero Cuántico es facilitar la integridad consistente del movimiento de 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 enormemente en los últimos 50 años. No hace mucho, la forma más común de pagar era usando efectivo. Ahora tenemos muchas opciones: tarjetas de débito/crédito, aplicaciones de pago o billeteras de criptomonedas en el smartphone.

Actualmente, los 30 bancos más grandes del mundo gestionan más de 55 billones de dólares combinados. Según la Asociación de la Industria de Valores y Mercados Financieros, el tamaño del mercado de bonos supera los 119 billones de dólares a nivel mundial y 46 billones para el mercado estadounidense.

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

Para ello, las instituciones financieras utilizan algoritmos avanzados y modelos de aprendizaje automático que miden probabilidades estadísticas. Sin embargo, estos modelos no son completamente precisos —todos recordamos lo que ocurrió durante la crisis financiera de 2008.

La tecnología actual aún necesita madurar en muchos aspectos para cumplir sus promesas. Por ello, varias empresas financieras están probando nuevos procesadores que aprovechan las leyes de la física cuántica para procesar volúmenes masivos de datos a velocidades sin precedentes. Las posibilidades son infinitas.

¿Cómo Puede Ayudar la Computación Cuántica?

Las máquinas cuánticas pueden revolucionar industrias que requieren un enorme poder computacional, incluyendo el descubrimiento de nuevos medicamentos, el fortalecimiento de redes neuronales profundas, la modelización de mercados financieros y el desarrollo de una forma segura de comunicación (internet cuántico). En este artículo nos centramos en cómo los ordenadores cuánticos pueden mejorar los sistemas financieros actuales.

Los sectores bancarios, empresas financieras no bancarias, fondos de cobertura y otras instituciones financieras manejan datos muy sensibles como transacciones de clientes y contratos. Estos datos deben mantenerse privados y seguros durante largos períodos.

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

Por tanto, las instituciones financieras buscan constantemente formas de determinar eficientemente el precio de las opciones sobre acciones, manteniendo seguros los datos de los clientes. La investigación ha demostrado que la computación cuántica tiene un gran potencial para resolver estos problemas financieros críticos.

Cuando se trata de simular mecánica cuántica y otros algoritmos como el algoritmo de Grover para búsqueda cuántica y el algoritmo de Shor para factorización, los ordenadores cuánticos pueden superar fácilmente a los clásicos.

Conceptos Básicos de la Computación Cuántica

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

Dado que el sistema cuántico puede existir en múltiples estados al mismo tiempo (este fenómeno se llama superposición), puede realizar tareas mucho más complejas que escapan al alcance de los superordenadores clásicos. Esto abre la exploración de vastas posibilidades computacionales.

Los resultados de la computación cuántica también difieren de sus contrapartes binarias. Son probabilísticos (en lugar de deterministas), lo que significa que las salidas pueden diferir incluso si la entrada permanece igual. Por tanto, el mismo cálculo debe repetirse varias veces para asegurar que los resultados converjan hacia una media.

Mientras que los ordenadores clásicos trabajan con bits, la unidad básica de información cuántica se llama qubit (o bit cuántico). Puede diseñarse como fotones, electrones o núcleos. Ejemplos incluyen la polarización de un fotón, donde los dos estados pueden ser «polarización horizontal» y «polarización vertical»; o el espín de un electrón, donde los dos estados pueden ser «espín arriba» y «espín abajo».

Según las leyes cuánticas, un qubit puede estar en una superposición coherente de ambos estados al mismo tiempo. Por ejemplo, un ordenador cuántico de dos qubits podría tener estados «00», «01», «10», «11». Un ordenador clásico necesitaría 4 bits para lograr esto.

De forma similar, 3 qubits equivalen a 8 bits binarios, 4 qubits a 16 bits, 5 qubits a 32, 6 qubits a 64, y así sucesivamente. Para poner esto en perspectiva, un sistema de 300 qubits puede tener más estados que el número total de átomos en el universo. Incluso el superordenador clásico más potente nunca podría procesar esa cantidad de datos.

Por eso las instituciones financieras muestran un gran interés en la computación cuántica. Aunque ninguna máquina cuántica es lo suficientemente avanzada para realizar tareas que un ordenador clásico no pueda, se están logrando grandes avances.

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Sistema de Dinero Cuántico

En el modelo bancario estándar, el dinero se reconoce en tres formas diferentes: dinero mercancía, dinero fiduciario y dinero fiduciario (en sentido estricto).

También hemos visto el auge de las criptomonedas en la última década, pero aún no son ampliamente reconocidas. Es un sistema de pago digital que no tiene ninguna autoridad emisora o reguladora central. En su lugar, se basa en un libro mayor público distribuido conocido como blockchain, un registro de todas las transacciones mantenido por los titulares de la moneda.

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

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

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

Beneficios del Sistema Financiero Cuántico

Mientras que duplicar la potencia de un ordenador convencional requiere aproximadamente el doble de transistores trabajando en una tarea, la potencia de un ordenador cuántico puede duplicarse añadiendo solo un qubit. Por tanto, podría ser significativamente beneficioso para los primeros en adoptarlo.

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

Segmentación de clientes y modelado predictivo

Los ordenadores cuánticos son excepcionalmente buenos para encontrar patrones ocultos en estructuras de datos complejas, realizar clasificaciones y predicciones precisas.

Detección de fraude

Las instituciones financieras pierden entre 20 y 45 mil millones de dólares en ingresos cada año debido al fraude y a malas prácticas de gestión de servicios. Los sistemas de detección de fraude existentes no son muy fiables. Devuelven un 80% de falsos positivos, lo que mantiene al sector bancario en riesgo la mayor parte del tiempo. La computación cuántica puede ofrecer una ventaja definitiva en la lucha contra el fraude en pagos. El poder de la velocidad exponencial, derivado de la superposición y el entrelazamiento cuántico, puede ayudar a reevaluar diversas soluciones posibles para optimizar los algoritmos de detección de fraude.

Gestión de clientes

La computación cuántica podría optimizar perfectamente los procesos y ayudar al personal a hacer la experiencia del cliente impecable.

Gestión de carteras

La computación cuántica tiene el potencial de acelerar los modelos de valoración de activos y cultivar mejoras en el rendimiento. Puede realizar una miríada de cálculos de optimización en una fracción del tiempo sin necesidad de usar aproximaciones.

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

Desarrollos Recientes en Finanzas Cuánticas

Los avances de los últimos 10 años hacia la supremacía cuántica demuestran que los ordenadores cuánticos son más capaces de resolver algunos problemas específicos que cualquier ordenador convencional.

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

En 2018, investigadores canadienses publicaron un algoritmo cuántico para la valoración 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 mediante mediciones cuánticas.

En 2020, David Orrell propuso un modelo de valoración de opciones binomial basado en una caminata cuántica que puede ejecutarse directamente en un dispositivo cuántico. Ese mismo año, los ordenadores cuánticos de D-Wave se utilizaron para resolver el problema de Optimización de Carteras. Los resultados fueron muy prometedores: el rendimiento del hardware de D-Wave (aunque limitado en tamaño) es comparable al de los superordenadores clásicos.

En 2021, un grupo de investigadores desarrolló algoritmos cuánticos para el arbitraje estadístico de alta frecuencia utilizando estimación del 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 son aún conceptuales. Por tanto, todo el sector bancario se enfrenta a dos opciones:

• Esperar a la tecnología y reaccionar solo cuando se identifiquen oportunidades o amenazas.
• O empezar a conectar con el mundo cuántico, identificar casos de uso e integrar soluciones de seguridad cuántica.

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

Un gran cuerpo de investigación y trabajo de ingeniería se ha dedicado a la realización de algoritmos cuánticos con aceleraciones polinomiales sustanciales en subrutinas de carga y procesamiento de datos.

Hasta ahora, no se ha inventado ninguna aplicación práctica de 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 cuántico patentado. El procesador utiliza múltiples capas para alojar cables de señal, lo que permite lecturas precisas de los qubits. Aunque la técnica es común en chips clásicos, es un gran logro en el mundo de la computación cuántica.

Se espera que los ordenadores cuánticos superen las capacidades de los clásicos para finales de 2030. Gigantes tecnológicos como IBM y Google trabajan en máquinas cuánticas que pueden contener cientos de qubits. IBM ha hecho sus aspiraciones más concretas publicando una hoja de ruta para el desarrollo de ordenadores cuánticos, que incluye el objetivo de desarrollar un ordenador de 1000 qubits.

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

Sin embargo, los avances futuros de la computación cuántica en entidades bancarias y financieras no están exentos de desafíos. Identificar qué problemas pueden resolverse eficientemente con máquinas cuánticas, mejorar la interfaz para una mejor accesibilidad, actualizar la infraestructura para adaptarla a esta tecnología y extender el interés en estas máquinas más allá de un grupo de élite de físicos y matemáticos —estos son algunos de los desafíos que deben abordarse en el futuro próximo.

En general, adoptar soluciones basadas en cuántica no es un proceso a corto plazo. No es como actualizar tus sistemas de software donde haces clic en un botón y terminas. 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 habilidad para incluir al personal y a los 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 puede realizarse en un ordenador cuántico. El término «cuántico» se usa para aquellos algoritmos que utilizan características básicas de la computación cuántica, como el entrelazamiento cuántico o la superposición cuántica.

Estos algoritmos pueden aplicarse en diversos campos, incluyendo búsqueda y optimización, criptografía, resolución de grandes sistemas de ecuaciones lineales y simulación de sistemas cuánticos. Los cinco algoritmos cuánticos más populares son:

1. Algoritmo de Shor: factoriza enteros en tiempo polinomial
2. Algoritmo de Grover: puede resolver rápidamente problemas de búsqueda no estructurados
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 oráculo entre clases de complejidad BPP y BQP
5. Algoritmo de Deutsch-Jozsa: fue el primero en mostrar que usar un ordenador cuántico como herramienta computacional para un problema particular puede ser ventajoso

¿Cuándo comenzará el sistema financiero cuántico?

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

Según el informe de investigación de MarketsandMarkets, se espera que el tamaño del mercado de computación cuántica alcance los 1.760 millones de dólares para 2026, desde 472 millones en 2021, creciendo a una CAGR del 30,1% durante el período de pronóstico. La adopción temprana de tecnologías basadas en cuántica en el sector financiero impulsará el crecimiento del mercado a nivel mundial.

¿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 ya han comenzado a experimentar con aplicaciones de computación cuántica.

¿Se puede invertir en computación cuántica?

Sí, hay muchas oportunidades para inversores que quieran apostar por la tecnología de computación cuántica. Varias empresas que trabajan en este ámbito cotizan en la Bolsa de Nueva York. También hay un ETF de computación cuántica (Defiance Quantum ETF) disponible para obtener una exposición más general a esta industria.