量子科技现状及银行应用前景 工行、建行、兴业已布局
2020年10月16日，习近平总书记在主持中共中央政治局第24次集体学习时强调，“要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋。”这是继大数据、人工智能、区块链之后，中央政治局举行的又一次集体学习活动，意味着量子科技将成为驱动我国数字经济发展的关键技术之一。
当前，以量子通信、量子计算、量子测量等为代表的量子科技，作为21世纪尖端科技，成为全球科技大国集中发力的新一轮科技革命和产业变革前沿阵地。
量子及量子科技概述
加快以量子通信、量子计算、量子测量等为代表的量子信息技术的研究与应用已成为未来国家科技发展的重要领域之一。
量子的概念、基本特征及量子力学理论体系
(1)量子的概念
(2)量子的六大基本特征
作为一种微观粒子，量子具有许多独特的特性，其六大基本特征如下:
一是量子测不准(Uncertainty)。
也就是说，测量后的微粒相比于测量之前，必然会产生变化。
二是量子不可克隆(Non Cloning)。
三是量子不可区分(Indistinguishability)。
事实上，由于非正交量子态具有不可区分性，无论采用任何测量方法，测量的结果都会有错误。
四是量子态叠加性(Superposition)。
量子状态可以叠加，因此量子信息也是可以叠加的。
五是量子态纠缠性(Entanglement)。
六是量子态相干性(Interference)。
量子力学中微观粒子间的相互叠加作用能产生类似经典力学中光的干涉现象。
(3)量子力学理论体系构建史
1905年，爱因斯坦独具慧眼，他认为光辐射不仅在与物质相互作用时的能量是一份一份的，光辐射的能量本身就是“量子化”的，一份能量就是光能量的最小单位，后来称之为“光量子”，或简称“光子”。
1913年，波尔创造性地把量子概念应用于氢原子系统，提出原子中的电子只能存在于具有分立能量的定态上，并且电子在不同能量定态之间的跃迁是非连续的。
1923年，法国年轻的博士生德布罗意在爱因斯坦“光子”概念的启发下提出:既然看似波动的光辐射具有“粒子”特性，那么像电子这类看似“粒子”的物质，也应具有波动性,这就是“德布罗意波”的概念，由此引发后面大量理论与试验研究，证实所有微观粒子都同时具有波动性和粒子性二象性。
1925年7月，海森堡注意到玻尔理论中的电子轨道、旋转频率等物理量在真实的实验中是无法测量的，真正能够被测量到的是原子光谱的频率、强度等物理量。
1925年末，薛定谔仔细研究了德布罗意的论文，按照德布罗意的想法，每个粒子都伴随着一个波，波和粒子同时存在。
1926年下旬，看上去迥然不同的矩阵力学和波动力学很快被证明在数学上是等价的。
自普朗克提出量子这一概念开始，经爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森伯、薛定谔、狄拉克、玻恩等人的完善，在20世纪的前半期，初步建立了完整的量子力学理论。
量子科技及三大主要研究方向
(1)量子科技
量子信息(Quantum Information)，是量子力学与信息科学的一门交叉学科。
量子科技研究领域包括量子通信、量子计算、量子测量、量子存储、量子定位等，其中，尤以量子通信、量子计算以及量子测量备受瞩目。
(2)量子科技三大主要研究领域
图1量子科技的三大主要研究领域
二是量子计算(Quantum Computing):算力的飞跃。
三是量子测量(Quantum Measurement):测量精度的显著提升。
是基于微观粒子系统及其量子态的精密测量，完成被测系统物理量的执行变换和信息输出，在测量精度、灵敏度和稳定性等方面比传统测量技术有明显优势。
我国量子科技发展大事记
(1)量子通信
2017年8月，世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通，结合“京沪干线”与“墨子号”的天地链路，我国科学家成功实现了洲际量子保密通信。
2020年6月，中科院宣布，“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发，也奠定了我国在量子通信领域的国际领先地位。
(2)量子计算
2019年底，中国科学家与德国、荷兰科学家合作，在国际上首次实现20光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算，四大关键指标上均大幅刷新世界纪录。
2020年12月4日，由中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等学者研制的76个光子的量子计算原型机“九章”建成，求解数学算法高斯玻色取样只需200秒。
(3)量子精密测量
量子科技发展现状及在商业银行的应用前景
量子科技当前发展现状
二是量子计算技术，通过利用量子世界的叠加性、非局域性和不可克隆性等，使得量子计算机能够以比传统计算机快几千倍的速度处理大量信息，为人类社会提供具备超强运算能力的新型信息处理工具。
此外，还有量子精密测量、量子材料、量子器件等领域的革命性应用。
因此可以说，一旦量子信息技术被广泛使用，人类社会的生产力将发生“颠覆性”变化。
量子科技在商业银行的应用前景
在此背景下，以量子通信和量子计算为代表的量子信息技术的快速发展给商业银行解决上述问题开辟了全新路径。
(1)量子通信在银行业的应用前景探索
有效探索量子通信技术在金融信息领域的工程化应用模式，促进量子通信技术与现有设备的良好融合，构建未来金融体系的量子保密通信网络，完善量子通信技术在金融领域的应用标准，将量子通信技术成功应用于金融领域，能够为未来金融信息系统的保密通信提供有力优势，从而大大提高金融信息系统的安全性。
对于银行业而言，新兴技术的蓬勃发展，以及数字化转型进程的进一步加快，银行等金融机构面临着一系列更加复杂的网络和信息安全问题。
(2)量子计算在银行业的应用前景探索
由于量子计算使用了量子特有的物理效应来处理信息，因此目前的超级计算机需要数十亿年才能解决的一些数学问题，量子计算可能在几周、几天或几个小时内就能找到答案。
在金融领域，一方面，量子计算硬件设备的成熟与完善以及量子人工智能算法的长足进步可加速实现更深层次的人工智能;另一方面，量子计算可释放的巨大算力将为开发新的金融服务和产品、强化风险管理带来无限可能性。
对于银行业而言，随着新ICT技术的快速发展及其在金融领域的融合渗透，商业银行数字化、智慧化转型以及金融线上化迁移步伐不断加快，与此同时数据量亦呈爆发增长态势，银行需要处理海量复杂和高维的数据，现有经典计算机在数据处理能力、处理速度、能耗和散热等方面的弊端逐渐显现。
在此背景下，量子计算的强大并行计算能力为银行数据处理开辟了全新路径，以量子聚类算法、量子分类算法、量子主成分分析算法等为代表的量子算法在生物识别、风险监测、市场预测、信用风险评估、量化投资等领域具有颠覆性意义。
量子科技在商业银行的创新实践
近年来，量子科技发展突飞猛进，已成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。
在此背景下，银行业金融机构纷纷加快与量子科技企业、互联网企业及金融同业的携手合作，联合展开量子科技在同城数据备份和加密传输、异地灾备、监管信息系统采集报送、金融市场风险预测、信息安全保护与风险管理等诸多领域的应用研究，积极促进新技术在金融领域的融合探索及规模化应用。
围绕国家战略部署，工商银行积极探索量子信息技术在金融领域的应用，积极与国内量子科技头部企业及高校科研机构开展技术交流合作，并融合金融场景不断取得创新突破。
2015年，在人民银行和银保监会的指导下，工商银行实施了“量子通信技术验证和应用示范项目”，在同城和异地量子通信方面率先进行应用。
工商银行率先成功应用量子通信技术实现了北京分行、上海分行电子档案信息在同城间的加密传输，为客户提供安全数据传输服务。
2017年，随着量子保密通信骨干网络的全线贯通，工商银行再次成功将量子通信技术应用到了其“两地三中心”架构下的京沪异地广域网应用中，实现了网上银行异地数据的量子加密传输，在全球金融业中首次应用千公里级量子通信技术。
2021年5月，为进一步提升客户信息安全保障能力，工商银行基于量子状态不确定原理，在业内首次将量子随机数应用在客户登录、支付结算、资金交易等重要金融场景，并对客户信息进行标识和校验。
据了解，未来，在增强安全方面，工商银行将着力拓展现有技术的使用范围，同时也进一步探索量子通信技术及产品与业务的融合模式，通过有效使用这些技术与产品提升金融业务安全;在抵御攻击方面，工商银行将开展安全敏捷性相关课题研究，探索快速引入新技术的架构来防范量子算法攻击，通过创造性使用量子信息技术，为工商银行金融安全构建一面强力护盾。
建设银行2020年年报显示，该行国内同业中率先设立量子金融应用实验室，探索量子安全、量子通信和量子计算等在金融场景中的应用。
2021年2月，建信金科量子金融应用实验室“一实两地”揭牌仪式在合肥举行。
本次仪式上，建信金科携手合作伙伴，以建信基金应用场景为依托，联合发布了共同研发的业内首批量子金融应用算法，包括“量子期权定价算法”与“量子风险价值计量算法”，重点聚焦金融市场与风险管理，实现了国内金融领域对量子计算指数级加速能力的首次尝试。
首先，“量子期权定价算法”，建信金科与合作伙伴对标国际金融公司与量子计算企业的合作模式，在短短3个月内反复论证金融市场领域量子算法方案。
而此次建信金科发布的“量子期权定价算法”使用了量子振幅估计相关的算法来实现双对数级别的量子加速，从而可以加速使用蒙特卡罗法，获得一个高置信度的价格估计。
其次，“量子风险价值计量算法”，风控是金融市场至关重要的一环，随着金融市场环境日益复杂多变，风控的作用愈显重要。
VaR值估计算法也应用了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值计算值。
作为建设银行深度布局新兴技术的重要战略决策，2020年6月，建信金科率先在金融行业成立量子金融应用实验室，以抢抓量子科技发展机遇，依托建设银行金融场景深耕量子安全、量子通信与量子计算等领域。
此次建信金科与建行安徽省分行又联合打造“一实两地”新模式，成立量子金融应用基地，与行业领军企业合作，建设国内先进的量子金融应用研发与培训体系，共同探索未来量子金融商业新模式。
在量子科技的应用探索上，兴业银行积极破冰试点量子波分单纤通信模式。
2020年，兴业银行济南分行中心机房与同城灾备机房间建立了量子保密通信网络以实现两个节点间量子密钥分发，同时使用波分复用技术实现了单光纤量子网络与业务网络的共用。
首先，使用量子密钥并通过原业务网络建立量子安全加密IPsecVPN隧道，为中心机房与同城灾备机房之间灾备数据及视频会议的传输提供量子安全加密保障，兴业银行济南分行量子通信网络架构如图2所示。
图2兴业银行济南分行量子通信网络架构
图3兴业银行济南分行量子通信业务数据传输流程
与此同时，随着数字金融的快速发展，开放化、系统化、线上化、货币数字化等将成为金融环境的典型特征，银行业在通信过程中的机密性、可靠性、完整性的需求亟需提升，同时，随着数据量的爆发增长，经典计算资源的算力瓶颈问题逐渐显露。
在此背景下，如何进一步加快以量子通信和量子计算为代表的量子科技在金融场景的融合应用步伐，以为银行业金融机构未来的数字化转型创新提供高质量的安全保障、构建强大的新型动力引擎，将成为未来银行业技术领域重点战略布局之一，一场棋风迥异的量子科技创新棋局即将在金融领域畅快开启。
【2】李平.量子通信技术在金融业的创新研究与应用.金融电子化，2021.
【4】兴业银行网络专家团队量子通信工作组.量子通信构建银行安全通信新格局.金融电子化，2021.
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