O que é sistema financeiro quântico? [Uma visão geral simples]

As finanças quânticas são um ramo da econofísica, um campo de pesquisa interdisciplinar heterodoxo que envolve a aplicação de teorias e técnicas para resolver problemas complexos em economia.

A implementação da tecnologia quântica para problemas financeiros – especialmente aqueles que lidam com dinâmica não linear, incerteza ou processos estocásticos – pode ser extremamente benéfica para os pioneiros. Reação mais rápida à volatilidade do mercado, análise de risco mais precisa e emprego de dados comportamentais para melhorar o envolvimento do cliente são algumas das vantagens específicas que a computação quântica pode oferecer nas próximas décadas.

Se você está se perguntando se o sistema financeiro quântico pode ser uma coisa real, a resposta é sim. Pode soar como ficção científica para algumas pessoas, mas esta é uma tecnologia muito genuína.

Na verdade, o conceito de implementar dinheiro quântico foi introduzido em 1970 pelo físico pesquisador Stephen Wiesner. No entanto, permaneceu inédito até 1983, e uma forma prática de desenvolvê-lo (usando métodos de programação semidefinida) foi inventada em 2013.

Hoje, o principal objetivo do Financial Quantum System é facilitar a integridade consistente da movimentação dos fundos, estimar com precisão a incerteza nos modelos financeiros e eliminar as deficiências do sistema bancário central.

Sistema Financeiro Atual

O mundo financeiro evoluiu muito nos últimos 50 anos. Não muito tempo atrás, a forma mais comum de pagar ao comprar algo era usar dinheiro. Agora temos muitas opções. Use um cartão de débito/crédito ou pague com um aplicativo ou carteira de criptomoedas em seu smartphone. A escolha é sua.

Hoje, os 30 maiores bancos do mundo administram juntos mais de US$ 55 trilhões. De acordo com a Securities Industry and Financial Market Association, o tamanho do mercado de títulos é superior a US$ 119 trilhões em todo o mundo e US$ 46 trilhões para o mercado dos EUA.

Nesse mercado complexo, um grande número de atividades de serviços financeiros (desde a precificação de títulos até a análise de risco) são realizadas a cada segundo. Cada atividade requer a capacidade de avaliar os resultados de curto e longo prazo.

Para fazer isso, as instituições financeiras utilizam algoritmos avançados e modelos de aprendizado de máquina que medem probabilidades estatísticas. No entanto, esses modelos não são totalmente precisos – todos nós vimos o que aconteceu durante a crise financeira de 2008.

A tecnologia atual ainda precisa amadurecer em muitos aspectos para cumprir promessas. Assim, várias empresas financeiras estão testando novos processadores que utilizam as leis da física quântica para processar grandes volumes de dados a uma velocidade sem precedentes. As possibilidades são infinitas.

Como a computação quântica pode ajudar?

Máquinas quânticas podem revolucionar setores que exigem enorme poder de computação, incluindo a descoberta de novos medicamentos, capacitação de redes neurais profundas, modelagem de mercados financeiros e desenvolvimento de uma forma segura de comunicação (internet quântica). Neste artigo, focamos em como os computadores quânticos podem melhorar os sistemas financeiros atuais.

Setores bancários, empresas financeiras não bancárias, fundos de hedge e outras instituições financeiras lidam com dados muito confidenciais, como transações e contratos de clientes. Esses dados precisam ser mantidos privados e seguros por um longo período de tempo.

A maioria das atividades bancárias, como a precificação de títulos, envolve um alto grau de complexidade computacional. No caso da precificação de opções, surge uma complexidade adicional devido à necessidade de responder a mercados em rápida mudança.

Assim, as instituições financeiras estão sempre buscando maneiras de determinar com eficiência o preço das opções de ações, mantendo os dados dos clientes seguros. A pesquisa mostrou que a computação quântica tem grande potencial para resolver esses problemas financeiros críticos.

Quando se trata de simular a mecânica quântica e outros algoritmos, como o algoritmo de Grover para pesquisa quântica e o algoritmo de Shor para fatoração, os computadores quânticos podem facilmente superar os computadores clássicos.

Noções básicas de computação quântica 

O princípio de funcionamento dos computadores quânticos é baseado na física quântica, que mostra que certas propriedades das partículas permanecem em dois estados diferentes, ou qualquer combinação de dois estados, a qualquer momento. Ao contrário dos computadores clássicos que funcionam em sistemas de processamento dualísticos (0s e 1s), as máquinas quânticas podem ser simultaneamente 0 e 1, ou uma mistura de 0 e 1.

Como o sistema quântico pode existir em vários estados ao mesmo tempo (esse fenômeno é chamado de superposição), ele pode executar tarefas muito mais complicadas que estão além do escopo dos supercomputadores clássicos. Isso abre a exploração de vastas possibilidades computacionais.

Os resultados da computação quântica também são diferentes de suas contrapartes binárias. Eles são probabilísticos (em vez de determinísticos), o que significa que as saídas podem diferir mesmo que a entrada permaneça a mesma. Assim, o mesmo cálculo deve ser feito várias vezes para garantir que seus resultados convirjam para uma média.

Enquanto os computadores clássicos trabalham com bits, a unidade básica de informação quântica é chamada de qubit (ou bit quântico). Pode ser projetado como fótons, elétrons ou núcleos. Exemplos incluem a polarização de um fóton em que os dois estados podem ser a 'polarização horizontal' e a 'polarização vertical'; ou o spin de um elétron no qual dois estados podem ser 'spin up' e 'spin down'.

De acordo com as leis quânticas, um qubit pode estar em uma superposição coerente de ambos os estados ao mesmo tempo. Por exemplo, um computador quântico de dois qubits pode ter estados '00' '01' '10' '11'. Um computador clássico exigiria 4 bits para conseguir isso.

Da mesma forma, 3 qubits podem ser o mesmo que 8 bits binários, 4 qubits o mesmo que 16 bits, 5 qubits o mesmo que 32, 6 qubits o mesmo que 64 e assim por diante. Para colocar isso em perspectiva, um sistema de 300 qubits pode ter mais estados do que o número total de átomos no universo. Mesmo o supercomputador clássico mais poderoso nunca poderia processar essa quantidade de dados.

É por isso que as instituições financeiras estão demonstrando grande interesse pela computação quântica. Embora nenhuma máquina quântica seja avançada o suficiente para executar tarefas que um computador clássico não pode, um grande progresso está em andamento.

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Sistema de dinheiro quântico

No modelo padrão do sistema bancário, o dinheiro é reconhecido em três formas diferentes: moeda-mercadoria, moeda fiduciária e moeda fiduciária.

Também vimos o aumento das criptomoedas na última década, mas ainda não é amplamente reconhecível. É um sistema de pagamento digital que não possui nenhuma autoridade central emissora ou reguladora. Em vez disso, é baseado em um livro público distribuído conhecido como blockchain, um registro de todas as transações mantidas pelos detentores de moeda.

O dinheiro quântico leva as coisas para o próximo nível. Aplica o protocolo criptográfico quântico para gerar e validar moedas. Uma vez que estados quânticos arbitrários não podem ser perfeitamente copiados, é impossível forjar dinheiro quântico.

A ideia parece ótima no papel, mas não é viável implementá-la com a tecnologia atual. Isso ocorre porque o dinheiro quântico requer o armazenamento de estados quânticos arbitrários na memória quântica, uma versão quântica da memória convencional do computador.

Embora anos de pesquisa e experimentos tenham permitido à memória quântica armazenar qubits , ela pode fazê-lo apenas por um período muito curto. Muitos institutos de pesquisa em todo o mundo estão trabalhando em novos materiais para criar memórias que possam conter a informação quântica transportada pela luz.

Benefícios do sistema financeiro quântico

Enquanto dobrar o poder de um computador convencional requer aproximadamente o dobro do número de transistores trabalhando em uma tarefa, o poder de um computador quântico pode ser dobrado adicionando apenas um qubit. Portanto, pode ser significativamente benéfico para os pioneiros.

A computação quântica pode permitir que as instituições financeiras resolvam problemas de negócios muito específicos e reformulem alguns processos operacionais na próxima década.

Segmentação de clientes e modelagem de previsão : os computadores quânticos são excepcionalmente bons em encontrar padrões ocultos de estruturas de dados complexas, realizando classificações e previsões precisas. 

Detecção de fraudes : as instituições financeiras perdem de US$ 20 a US$ 45 bilhões em receita todos os anos devido a fraudes e práticas de gerenciamento de serviços insatisfatórias. Os sistemas de detecção de fraude existentes não são tão confiáveis. Eles retornam 80% de falsos positivos, fazendo com que o setor bancário permaneça em risco na maior parte do tempo.
A computação quântica pode oferecer uma vantagem definitiva na batalha contra a fraude de pagamento. O poder da velocidade exponencial, derivado da superposição e emaranhamento quântico, pode ajudar a reavaliar várias soluções possíveis para otimizar os algoritmos de detecção de fraude.

Gerenciamento de clientes : a computação quântica pode simplificar perfeitamente os processos e ajudar a equipe a tornar a experiência do cliente impecável.

Gerenciamento de portfólio : a computação quântica tem o potencial de acelerar os modelos de precificação de ativos e cultivar melhorias de desempenho. Ele pode fazer uma infinidade de cálculos de otimização em uma fração do tempo sem a necessidade de usar aproximações.

Seus recursos de otimização combinatória podem ajudar os investidores a melhorar a diversificação do portfólio, reequilibrar os investimentos do portfólio de acordo com as condições de mercado e os objetivos finais e simplificar com eficiência os processos de liquidação comercial.

Desenvolvimentos recentes em finanças quânticas

O progresso feito nos últimos 10 anos em direção à supremacia quântica prova que os computadores quânticos são mais capazes de resolver alguns problemas específicos do que qualquer computador convencional.

Em 2014, por exemplo, uma equipe de pesquisadores da Holanda aproveitou os recursos da mecânica quântica para desenvolver uma técnica à prova de fraude para autenticar um cartão de crédito/débito que é praticamente impossível de frustrar.

Em 2018, pesquisadores canadenses publicaram um algoritmo quântico para a precificação de derivativos financeiros de Monte Carlo, demonstrando um método para criar distribuições de probabilidade relevantes em superposição quântica e uma técnica para extrair o preço de derivativos financeiros por meio de medições quânticas.

Em 2020, David Orrell propôs um modelo binomial de precificação de opções baseado em uma caminhada quântica que pode ser executada diretamente em um dispositivo quântico. No mesmo ano, os computadores quânticos D-Wave foram usados ​​para resolver o problema de otimização de portfólio. Os resultados foram muito promissores: o desempenho do hardware D-Wave (embora limitado em tamanho) é comparável a computadores clássicos super-rápidos.

Em 2021, um grupo de pesquisadores desenvolveu algoritmos quânticos para negociação de arbitragem estatística de alta frequência usando estimativa de número de condição de tempo variável e regressão linear quântica.

O presente e o futuro das finanças quânticas

A tecnologia de computação quântica ainda não está totalmente desenvolvida. Na verdade, a maioria de seus benefícios e aplicações ainda são conceituais. Assim, todo o setor bancário fica com duas escolhas:

• Espere pela tecnologia e reaja apenas quando oportunidades ou ameaças forem identificadas.
• Ou comece a se conectar com o mundo quântico, identifique casos de uso e integre soluções de segurança quântica.

A segunda opção parece melhor. Muitos bancos de investimento e holdings de serviços financeiros, incluindo JPMorgan Chase, HSBC e Wells Fargo, já começaram a investir milhões de dólares em programas de pesquisa e inovação quântica.

Um grande corpo de pesquisa e trabalho de engenharia foi dedicado à realização de algoritmos quânticos com acelerações polinomiais substanciais em sub-rotinas de carregamento e processamento de dados.

Até agora, nenhuma aplicação prática da computação quântica com aceleração exponencial em relação à sua contraparte clássica foi inventada, mas vários modelos promissores foram propostos.

A IBM, por exemplo, conseguiu empacotar 127 qubits em seu chip proprietário de computação quântica. O processador usa várias camadas para hospedar fios de transporte de sinal, que permitem leituras precisas dos qubits. Embora a técnica seja comum em chips clássicos, é uma grande conquista no mundo da computação quântica.

Espera-se que os computadores quânticos ultrapassem as capacidades dos computadores clássicos até o final de 2030. Gigantes da tecnologia, incluindo IBM e Google, estão trabalhando em máquinas quânticas que podem conter centenas de bits quânticos. A IBM tornou suas aspirações mais concretas ao lançar um plano para o desenvolvimento de computadores quânticos, que inclui o objetivo de desenvolver um computador de 1000 qubits.

Isso terá um impacto perturbador em vários setores, principalmente o financeiro. De fato, estima-se que o setor financeiro seja o primeiro a se beneficiar da computação quântica a curto e longo prazo.

No entanto, os avanços futuros da computação quântica nas instituições bancárias e financeiras não são isentos de desafios. Identificar quais problemas podem ser resolvidos com eficiência por máquinas quânticas, melhorar a interface para melhor acessibilidade, atualizar a infraestrutura para se adequar a essa tecnologia e estender o interesse por tais máquinas quânticas para além de um grupo de elite de médicos e matemáticos - esses são alguns dos desafios em neste campo que devem ser tratados em um futuro próximo.

No geral, a adoção de soluções baseadas em quantum não é um processo de curto prazo. Não é como atualizar seus sistemas de software onde você clica em um botão e pronto. É uma jornada de longo prazo, que depende não só da capacidade do setor bancário em definir problemas e adequar a infraestrutura, mas também de incluir funcionários e clientes nesse processo.

perguntas frequentes

Quais são os algoritmos quânticos mais populares?

Um algoritmo quântico é uma instrução passo a passo, onde cada passo pode ser executado em um computador quântico. O termo 'quântico' é usado para aqueles algoritmos que utilizam alguns recursos básicos de cálculos quânticos, como emaranhamento quântico ou superposição quântica.

Esses algoritmos podem ser aplicados em vários campos, incluindo busca e otimização, criptografia, resolução de equações lineares de grandes sistemas e simulação de sistemas quânticos. Os cinco algoritmos quânticos mais populares são -

1. Algoritmo de Shor : fatores inteiros em tempo polinomial
2. Algoritmo de Grover : pode resolver rapidamente os problemas de pesquisa não estruturada
3. Algoritmo de Simon : resolve um problema específico exponencialmente mais rápido e com menos consultas do que o melhor algoritmo clássico determinístico.
4. Algoritmo de Bernstein–Vazirani : foi desenvolvido para provar uma separação de oráculo entre as classes de complexidade BPP e BQP.
5. Algoritmo Deutsch-Jozsa:  foi o primeiro a mostrar que usar um computador quântico como ferramenta computacional para um problema específico pode ser vantajoso.

Quando o sistema financeiro quântico começará?

A era do sistema financeiro quântico está prestes a começar. Na próxima década, a computação quântica provavelmente se tornará uma das principais soluções no setor financeiro.

De acordo com o relatório MarketsandMarkets Research, o tamanho do mercado de computação quântica deve atingir US$ 1,76 bilhão até 2026, de US$ 472 milhões em 2021, crescendo a um CAGR de 30,1% durante o período de previsão. Espera-se que a adoção antecipada de tecnologias baseadas em quantum no setor financeiro impulsione o crescimento do mercado em todo o mundo.

Quais bancos estão investindo em computação quântica?

JP Morgan, Goldman Sachs, Citigroup, Mitsubishi Financial Group, Barclays, Wells Fargo, BNP Paribas, HSBC e Japan Post Bank - todos eles estão investindo milhões de dólares nessa tecnologia; alguns começaram a experimentar aplicações de computação quântica.

Você pode investir em computação quântica?

Sim, existem muitas oportunidades disponíveis para investidores que desejam apostar na tecnologia de computação quântica. Várias empresas que trabalham nessa área estão listadas na Bolsa de Valores de Nova York. Um ETF de computação quântica (defiance quantum ETF) também está disponível para obter uma exposição mais geral a esse setor.