浅析量子信息技术在商业银行的应用

作者 | 中国建设银行 於学松

10月16日，中共中央政治局围绕“量子科技研究和应用前景”主题举行集体学习，习近平总书记强调，“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。

那么，量子科技在银行具有怎样的应用前景，银行又该如何下好量子科技“先手棋”？回答这个问题之前，需要了解量子科技是什么，应用领域有哪些，以及发展现状和趋势如何。

一、量子科技原理和主要发展领域

量子科技，或言量子信息技术，是量子力学与信息科学的交叉学科，它以量子力学原理为基础对信息进行处理，从而在计算、传输、测量等应用领域表现出较经典信息处理的巨大优势。量子科技应用领域包括量子通信、量子计算、量子测量、量子存储、量子定位等。其中，尤以量子通信和量子计算备受瞩目，成为全球主要发达国家和地区竞争焦点。

量子通信是基于量子纠缠效应实现信息传递的新型通信方式，包括量子保密通信、量子隐形传态、量子密集编码等方向，目前量子保密通信发展最快，已经在部分行业中实现商业化应用。量子保密通信核心环节是量子密钥分发，它通过两重“防护”保障信息传输绝对安全：一是随机的量子加密密钥，窃听者获取不到正确密钥，就不能解译加密信息；二是量子不可克隆性，使得信息传递中窃听者无法通过测量量子态来截取信息，来自外界的任何干扰都会引发量子态坍塌，被截取的信息也会失真。因此，量子保密通信在网络信息传输领域具有广泛应用价值。

量子计算是将量子力学，即量子态的叠加性和纠缠性应用于计算领域，从而实现算力指数级提升的计算方式。传统计算机在处理信息时，比特只能处于0或1其中一种逻辑态，而量子比特却能实现两种逻辑态的线性相干叠加。假设一台计算机有n个信息处理单元，传统计算机只能承载0或1两种逻辑态2^n种组合中的一种，量子计算机则可以同时承载2^n个叠加态。即量子计算每一步都能对2^n种可能同时作出处理，这就是量子计算的强大并行计算能力。量子计算实现计算方式的颠覆与重塑，具有远超传统计算的显著优势，未来量子计算机在大数据处理、人工智能、生物医药、气象预测、金融工程等诸多领域都具有可观的应用前景。

二、量子科技发展现状及在银行的应用前景

目前，量子科技中以量子保密通信和量子计算发展进度较快，取得了诸多阶段性重大技术突破和商用成果，这里仅以量子保密通信和量子计算为代表，简述国内外发展现状，以及在银行的应用前景。

（一）量子保密通信

从1984年BB84协议提出至今，量子保密通信的发展大致经历了理论奠基、理论与实验独立发展、理论与实验融合、网络化应用推广等四个阶段。从国内外实用化进展来看，我国与美国、欧盟、日本等主要发达国家和经济体并驾齐驱，处于该项技术的第一阵营。2005年，美国政府机构与高校和企业联合建成了全球首个密钥分发网络。2008年，欧盟组建第一个搭载信任中继的量子密钥分发试验网络。2009年，日本国家情报通信研究机构联合国内和欧洲多家企业，在东京建成全球领先的城域量子通信网络。我国2013年立项建设量子保密通信“京沪干线”，并于2017年正式开通，2016年又发射量子卫星“墨子号”，并于2018年初实现洲际量子密钥分发，奠定了我国在量子通信领域的国际领先地位。

近年来，国内外众多企业和金融机构频繁遭遇网络攻击和网络窃听，由此引发的经济损失更是难以估量，网络信息安全日趋受到国际国内的关注。银行作为一国经济和金融的动脉，其信息安全甚至牵动着整个国家经济稳健运营，保障银行信息传输安全具有重要现实意义。量子保密通信技术从物理层面保障信息传输绝对安全，在银行的异地互联通信、跨行业通信、跨境数据传输等众多场景中均具有重要实用价值。

（二）量子计算

1982年费曼提出量子计算概念以来，引起了全球广泛关注，90年代又先后由学者提出Shor算法、Grover算法，让量子计算发展有了坚实的理论基础。2010年前后，欧美开始在量子计算实用领域发力，并取得许多突破性进展。以IBM、谷歌、微软、D-Wave等为代表的科技型企业均在量子计算领域取得了数百项发明专利，从而牢牢占据量子计算研发的第一梯队，如D-Wave公司基于量子退火的商用计算机在化解最优解难题方面优势明显，谷歌的量子处理器Sycamore执行特定任务的运算速度远超时下最先进的经典计算机。我国在量子计算领域研究滞后于西方发达国家，目前仍处于追赶的状态，不过近年来也取得一些进展。2017年，中国科技大学和中科院物理所联合推出世界首台光量子计算机，2018年，华为的量子计算云服务平台问世。此外，目前国内部分头部互联网企业也加入到了量子计算研发阵列。

随着金融科技发展进入“深水区”，大数据、人工智能等技术在银行的应用越来越广泛，数字化转型与智能金融成为新形势下主流趋势。然而，随着全球数据指数化增长，以及摩尔定律趋于失效，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缺陷已无法克服。量子计算的强大并行计算能力为银行数据处理开辟了新路径，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。此外，量子计算机的幺正变换能够实现可逆计算，产生的能耗可以忽略不计。

三、银行拥抱量子科技的相关建议及展望

随着全球科技竞赛加剧，以及我国对量子科技的高度重视，量子保密通信与量子计算正在迎来快速发展机遇，这也使得银行下好量子科技“先手棋”变得尤为必要和迫切。基于此，提出以下几点建议：

（一）关注发展动态，制定战略计划

量子科技战略布局已成全球共识，世界主要国家和地区针对量子科技已制定在政务、国防、金融、能源等领域的应用规划。与此同时，以IBM、谷歌、阿里巴巴、摩根大通、澳大利亚联邦银行等为代表的领先互联网企业和商业银行也制定了量子通信或量子计算的战略发展计划。银行应紧随国际国内前沿科技发展步伐，关注量子科技发展动态，计划技术应用场景，适时制定相应战略计划，抢占新技术制高点。

（二）推进多方合作，攻克技术难关

目前，国内包括中国科学院、中国科技大学、清华大学等机构和高校已经在量子科技领域探索出许多成果，而以国盾量子、本源量子为代表的专项型科技企业也已取得多项研发专利，进一步拓宽量子科技商用化的大门。银行可以着手建立与科研机构、高校、科技型企业之间的密切合作关系，共同推动量子科技的技术攻关，充分发挥银行资金优势，为量子科技快速发展和应用落地注入动能。

（三）丰富场景建设，保持协同发展

从实际应用来看，银行更关注量子保密通信的应用，工行、农行、中行、建行、浦发、徽商银行均已经启动量子通信网络建设；科技型企业则更关注量子计算的应用，以华为和BAT为代表的企业纷纷布局量子计算研究计划。对于银行来说，一方面需要持续拓展量子保密通信应用场景，升级银行信息安全保障；另一方面也要启动量子计算研发应用，为新时期智能金融发展寻求更强大的算力支持。只有二者协同发展，才能更好地保障银行的竞争优势。

（四）组建研发阵营，培养专业人才

任何技术应用落地都离不开人才资源支撑，对于银行来说，人才队伍建设还需分步走，既要从高校、研究机构、科技型企业引入专业化人才，解决从无到有问题；也要增强内部自我造血能力，培养一批既懂技术又懂业务的复合型人才。在此基础上，通过组建专项型任务团队，持续推进技术攻关和实用测试，实现技术和业务有机融合，让量子保密通信和量子计算真正落地为银行服务用户和发展业务所需的生产力。