Qu'est-ce que le système financier quantique ? [Un aperçu simple]

La finance quantique est une branche de l'éconophysique, un domaine de recherche interdisciplinaire hétérodoxe qui consiste à appliquer des théories et des techniques pour résoudre des problèmes économiques complexes.

La mise en œuvre de la technologie quantique aux problèmes financiers - en particulier ceux qui traitent de la dynamique non linéaire, de l'incertitude ou des processus stochastiques - peut être extrêmement bénéfique pour les pionniers. Une réaction plus rapide à la volatilité du marché, une analyse des risques plus précise et l'utilisation de données comportementales pour améliorer l'engagement des clients sont quelques-uns des avantages spécifiques que l'informatique quantique peut offrir dans les décennies à venir.

Si vous vous demandez si le système financier quantique pourrait être une réalité, la réponse est oui. Cela peut sembler de la science-fiction pour certaines personnes, mais il s'agit d'une technologie très authentique.

En fait, le concept de mise en œuvre de la monnaie quantique a été introduit en 1970 par le physicien chercheur Stephen Wiesner. Cependant, il est resté inédit jusqu'en 1983, et un moyen pratique de le développer (en utilisant des méthodes de programmation semi-définie) a été inventé en 2013.

Aujourd'hui, l'objectif principal du système quantique financier est de faciliter l'intégrité cohérente du mouvement des fonds, d'estimer avec précision l'incertitude des modèles financiers et d'éliminer les lacunes du système bancaire central.

Système financier actuel

Le monde financier a beaucoup évolué au cours des 50 dernières années. Il n'y a pas si longtemps, le moyen le plus courant de payer lors d'un achat était d'utiliser de l'argent liquide. Maintenant, nous avons beaucoup d'options. Utilisez une carte de débit/crédit ou payez avec une application ou un portefeuille de crypto-monnaie sur votre smartphone. Le choix vous appartient.

Aujourd'hui, les 30 plus grandes banques du monde gèrent ensemble plus de 55 000 milliards de dollars. Selon la Securities Industry and Financial Market Association, la taille du marché obligataire est de plus de 119 000 milliards de dollars dans le monde et de 46 000 milliards de dollars pour le marché américain.

Sur ce marché complexe, un grand nombre d'activités de services financiers (allant de la valorisation des titres à l'analyse des risques) sont effectuées chaque seconde. Chaque activité nécessite la capacité d'évaluer les résultats à court et à long terme.

Pour ce faire, les institutions financières utilisent des algorithmes avancés et des modèles d'apprentissage automatique qui mesurent les probabilités statistiques. Cependant, ces modèles ne sont pas tout à fait exacts :nous avons tous vu ce qui s'est passé pendant la crise financière de 2008.

La technologie actuelle doit encore mûrir à bien des égards pour tenir ses promesses. Ainsi, plusieurs sociétés financières testent de nouveaux processeurs qui exploitent les lois de la physique quantique pour traiter des volumes massifs de données à une vitesse sans précédent. Les possibilités sont infinies.

Comment l'informatique quantique peut-elle aider ?

Les machines quantiques peuvent révolutionner les industries qui nécessitent une puissance de calcul énorme, notamment la découverte de nouveaux médicaments, l'autonomisation des réseaux de neurones profonds, la modélisation des marchés financiers et le développement d'un moyen de communication sécurisé (Internet quantique). Dans cet article, nous nous sommes concentrés sur la façon dont les ordinateurs quantiques peuvent améliorer les systèmes financiers actuels.

Les secteurs bancaires, les sociétés financières non bancaires, les fonds spéculatifs et autres institutions financières traitent des données très sensibles telles que les transactions et les contrats des clients. Ces données doivent rester confidentielles et sécurisées plus longtemps.

La plupart des activités bancaires telles que la tarification des titres impliquent un degré élevé de complexité de calcul. Dans le cas de la tarification des options, une complexité supplémentaire survient en raison de la nécessité de répondre à des marchés en évolution rapide.

Ainsi, les institutions financières sont toujours à la recherche de moyens pour déterminer efficacement le prix des stock-options, tout en sécurisant les données des clients. La recherche a montré que l'informatique quantique a un grand potentiel pour résoudre ces problèmes financiers critiques.

Lorsqu'il s'agit de simuler la mécanique quantique et d'autres algorithmes tels que l'algorithme de Grover pour la recherche quantique et l'algorithme de Shor pour la factorisation, les ordinateurs quantiques peuvent facilement surpasser les ordinateurs classiques.

Bases de l'informatique quantique 

Le principe de fonctionnement des ordinateurs quantiques est basé sur la physique quantique, qui montre que certaines propriétés des particules restent dans deux états différents, ou toute combinaison de deux états, à un moment donné. Contrairement aux ordinateurs classiques qui fonctionnent sur des systèmes de traitement dualistes (0 et 1,), les machines quantiques peuvent être simultanément 0 et 1, ou un mélange de 0 et 1.

Étant donné que le système quantique peut exister dans plusieurs états exactement au même moment (ce phénomène est appelé superposition), il peut effectuer des tâches beaucoup plus compliquées qui dépassent le cadre des superordinateurs classiques. Cela ouvre l'exploration de vastes possibilités de calcul.

Les résultats du calcul quantique sont également différents de leurs homologues binaires. Ils sont probabilistes (au lieu de déterministes), ce qui signifie que les sorties peuvent différer même si l'entrée reste la même. Ainsi, le même calcul doit être fait plusieurs fois pour s'assurer que ses résultats convergent vers une moyenne.

Alors que les ordinateurs classiques fonctionnent avec des bits, l'unité de base de l'information quantique est appelée qubit (ou bit quantique). Il peut être conçu sous forme de photons, d'électrons ou de noyaux. Les exemples incluent la polarisation d'un photon dans laquelle les deux états peuvent être la « polarisation horizontale » et la « polarisation verticale »; ou le spin d'un électron dans lequel deux états peuvent être « spin up » et « spin down ».

Selon les lois quantiques, un qubit peut être dans une superposition cohérente des deux états en même temps. Par exemple, un ordinateur quantique à deux qubits pourrait avoir les états '00' '01' '10' '11'. Un ordinateur classique nécessiterait 4 bits pour y parvenir.

De même, 3 qubits peuvent être égaux à 8 bits binaires, 4 qubits équivalents à 16 bits, 5 qubits équivalents à 32, 6 qubits équivalents à 64, et ainsi de suite. Pour mettre cela en perspective, un système de 300 qubits peut avoir plus d'états que le nombre total d'atomes dans l'univers. Même le supercalculateur classique le plus puissant ne pourrait jamais traiter cette quantité de données.

C'est pourquoi les institutions financières montrent un grand intérêt pour l'informatique quantique. Bien qu'aucune machine quantique ne soit encore assez avancée pour effectuer des tâches qu'un ordinateur classique ne peut pas effectuer, de grands progrès sont en cours.

Lire : 22 faits les plus intéressants sur les ordinateurs quantiques

Système d'argent quantique

Dans le modèle bancaire standard, la monnaie est reconnue sous trois formes différentes :la monnaie-marchandise, la monnaie fiduciaire et la monnaie fiduciaire.

Nous avons également assisté à la montée en puissance des crypto-monnaies au cours de la dernière décennie, mais elle n'est pas encore largement reconnaissable. C'est un système de paiement numérique qui n'a pas d'autorité centrale d'émission ou de régulation. Au lieu de cela, il est basé sur un grand livre public distribué connu sous le nom de blockchain, un enregistrement de toutes les transactions détenues par les détenteurs de devises.

L'argent quantique fait passer les choses au niveau supérieur. Il applique le protocole cryptographique quantique pour générer et valider des devises. Étant donné que les états quantiques arbitraires ne peuvent pas être parfaitement copiés, il est impossible de forger de l'argent quantique.

L'idée a fière allure sur le papier, mais elle n'est pas réalisable avec la technologie actuelle. En effet, l'argent quantique nécessite de stocker les états quantiques arbitraires dans la mémoire quantique, une version quantique de la mémoire informatique conventionnelle.

Bien que des années de recherche et d'expériences aient permis à la mémoire quantique de stocker des qubits, elle ne peut le faire que pendant très peu de temps. De nombreux instituts de recherche à travers le monde travaillent sur de nouveaux matériaux pour créer des souvenirs qui pourraient contenir les informations quantiques transportées par la lumière.

Avantages du système financier quantique

Alors que doubler la puissance d'un ordinateur conventionnel nécessite environ deux fois plus de transistors travaillant sur une tâche, la puissance d'un ordinateur quantique peut être doublée en ajoutant un seul qubit. Par conséquent, cela pourrait être considérablement bénéfique pour les premiers arrivants.

L'informatique quantique peut permettre aux institutions financières de résoudre des problèmes commerciaux très spécifiques et de réorganiser certains processus opérationnels au cours de la prochaine décennie.

Ciblage client et modélisation des prédictions :Les ordinateurs quantiques sont exceptionnellement doués pour trouver des modèles cachés à partir de structures de données complexes, effectuer des classifications et des prédictions précises.

Détection de fraude :Les institutions financières perdent de 20 à 45 milliards de dollars de revenus chaque année en raison de la fraude et de mauvaises pratiques de gestion des services. Les systèmes de détection de fraude existants ne sont pas si fiables. Ils renvoient 80 % de faux positifs, ce qui fait que le secteur bancaire reste à risque la plupart du temps.
L'informatique quantique peut offrir un avantage définitif dans la lutte contre la fraude aux paiements. La puissance de la vitesse exponentielle, dérivée de la superposition et de l'intrication quantiques, peut aider à réévaluer diverses solutions possibles pour optimiser les algorithmes de détection de fraude.

Gestion des clients  :L'informatique quantique pourrait parfaitement rationaliser les processus et aider le personnel à rendre l'expérience client sans faille.

Gestion de portefeuille :L'informatique quantique a le potentiel d'accélérer les modèles d'évaluation des actifs et de cultiver l'amélioration des performances. Il peut effectuer une myriade de calculs d'optimisation en une fraction du temps sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des approximations.

Ses capacités d'optimisation combinatoire pourraient aider les investisseurs à améliorer la diversification du portefeuille, à rééquilibrer les investissements du portefeuille en fonction des conditions du marché et des objectifs finaux, et à rationaliser efficacement les processus de règlement des transactions.

Développements récents de la finance quantique

Les progrès réalisés au cours des 10 dernières années vers la suprématie quantique prouvent que les ordinateurs quantiques sont plus capables de résoudre certains problèmes spécifiques que n'importe quel ordinateur conventionnel.

En 2014, par exemple, une équipe de chercheurs des Pays-Bas a exploité les capacités de la mécanique quantique pour développer une technique anti-fraude pour authentifier une carte de crédit/débit qui est pratiquement impossible à contrecarrer.

En 2018, des chercheurs canadiens ont publié un algorithme quantique pour la tarification Monte Carlo des dérivés financiers, démontrant une méthode pour créer des distributions de probabilités pertinentes en superposition quantique et une technique pour extraire le prix des dérivés financiers grâce à des mesures quantiques.

En 2020, David Orrell a proposé un modèle de tarification d'options binomial basé sur une marche quantique pouvant être exécutée directement sur un appareil quantique. La même année, des ordinateurs quantiques D-Wave ont été utilisés pour résoudre le problème d'optimisation de portefeuille. Les résultats étaient très prometteurs :les performances du matériel D-Wave (bien que de taille limitée) sont comparables à celles des ordinateurs classiques ultra-rapides.

En 2021, un groupe de chercheurs a développé des algorithmes quantiques pour le trading d'arbitrage statistique à haute fréquence en utilisant l'estimation du nombre de conditions temporelles variables et la régression linéaire quantique.

Le présent et l'avenir de la finance quantique

La technologie de l'informatique quantique n'est pas encore complètement développée. En fait, la plupart de ses avantages et applications sont encore conceptuels. Ainsi, l'ensemble du secteur bancaire se retrouve avec deux choix :

• Soit attendez la technologie et ne réagissez que lorsque des opportunités ou des menaces sont identifiées.
• Ou commencez à vous connecter au monde quantique, identifiez des cas d'utilisation et intégrez des solutions de sécurité quantique.

La deuxième option semble meilleure. De nombreuses banques d'investissement et sociétés holding de services financiers, dont JPMorgan Chase, HSBC et Wells Fargo, ont déjà commencé à investir des millions de dollars dans des programmes de recherche et d'innovation quantiques.

Un grand nombre de travaux de recherche et d'ingénierie ont été consacrés à la réalisation d'algorithmes quantiques avec des accélérations polynomiales substantielles dans les sous-programmes de chargement de données et de traitement de données.

Jusqu'à présent, aucune application pratique de l'informatique quantique avec une accélération exponentielle par rapport à son homologue classique n'a été inventée, mais de nombreux modèles prometteurs ont été proposés.

IBM, par exemple, a réussi à emballer 127 qubits dans sa puce d'informatique quantique propriétaire. Le processeur utilise plusieurs couches pour héberger des fils porteurs de signaux, qui permettent des lectures précises des qubits. Bien que la technique soit courante dans les puces classiques, il s'agit d'une énorme réussite dans le monde de l'informatique quantique.

On s'attend à ce que les ordinateurs quantiques dépassent les capacités des ordinateurs classiques d'ici la fin de 2030. Les géants de la technologie, dont IBM et Google, travaillent sur des machines quantiques pouvant contenir des centaines de bits quantiques. IBM a rendu ses aspirations plus concrètes en publiant un plan directeur pour le développement d'ordinateurs quantiques, qui inclut l'objectif de développer un ordinateur à 1000 qubits.

Cela aura un impact perturbateur sur de nombreuses industries, en particulier la finance. En fait, on estime que la finance est le premier secteur à bénéficier de l'informatique quantique à court et à long terme.

Cependant, les futurs progrès de l'informatique quantique au sein des institutions bancaires et financières ne sont pas sans défis. Identifier les problèmes pouvant être résolus efficacement par les machines quantiques, améliorer l'interface pour une meilleure accessibilité, mettre à niveau l'infrastructure pour l'adapter à cette technologie et étendre l'intérêt pour de telles machines quantiques au-delà d'un groupe d'élite de médecins et de mathématiciens - tels sont quelques-uns des défis auxquels ce domaine qui doit être traité dans un avenir proche.

Dans l'ensemble, l'adoption de solutions quantiques n'est pas un processus à court terme. Ce n'est pas comme mettre à niveau vos systèmes logiciels où vous cliquez sur un bouton et vous en avez terminé avec tout. C'est un voyage à long terme, et cela dépend non seulement de la capacité du secteur bancaire à définir les problèmes et à ajuster l'infrastructure, mais aussi sur sa capacité à inclure également le personnel et les clients dans ce processus.

Foire aux questions

Quels sont les algorithmes quantiques les plus populaires ?

Un algorithme quantique est une instruction étape par étape, où chaque étape peut être effectuée sur un ordinateur quantique. Le terme « quantique » est utilisé pour les algorithmes qui utilisent certaines fonctionnalités de base des calculs quantiques, telles que l'intrication quantique ou la superposition quantique.

Ces algorithmes peuvent être appliqués dans divers domaines, notamment la recherche et l'optimisation, la cryptographie, la résolution d'équations linéaires de grands systèmes et la simulation de systèmes quantiques. Les cinq algorithmes quantiques les plus populaires sont —

1. Algorithme de Shor  : facteurs entiers en temps polynomial
2. Algorithme de Grover  :peut résoudre rapidement les problèmes de recherche non structurée
3. Algorithme de Simon  :résout un problème spécifique de manière exponentiellement plus rapide et avec moins de requêtes que le meilleur algorithme classique déterministe.
4. Algorithme de Bernstein–Vazirani :a été développé pour prouver une séparation d'oracle entre les classes de complexité BPP et BQP.
5. Algorithme Deutsch–Jozsa : a été le premier à montrer que l'utilisation d'un ordinateur quantique comme outil de calcul pour un problème particulier peut être avantageuse.

Quand le système financier quantique commencera-t-il ?

L'ère du système financier quantique est sur le point de commencer. Au cours de la prochaine décennie, l'informatique quantique deviendra très probablement l'une des solutions dominantes dans le secteur financier.

Selon le rapport MarketsandMarkets Research, la taille du marché de l'informatique quantique devrait atteindre 1,76 milliard de dollars d'ici 2026, contre 472 millions de dollars en 2021, avec un TCAC de 30,1 % au cours de la période de prévision. L'adoption précoce des technologies quantiques dans le secteur financier devrait alimenter la croissance du marché mondial.

Quelles banques investissent dans l'informatique quantique ?

J.P. Morgan, Goldman Sachs, Citigroup, Mitsubishi Financial Group, Barclays, Wells Fargo, BNP Paribas, HSBC et Japan Post Bank — ils investissent tous des millions de dollars dans cette technologie; certains ont commencé à expérimenter des applications d'informatique quantique.

Pouvez-vous investir dans l'informatique quantique ?

Oui, il existe de nombreuses opportunités pour les investisseurs qui souhaitent parier sur la technologie de l'informatique quantique. Un certain nombre d'entreprises actives dans ce domaine sont cotées à la Bourse de New York. Un ETF d'informatique quantique (defiance quantum ETF) est également disponible pour obtenir une exposition plus générale à cette industrie.