Система поддержки принятия факторинговых решений на основе оптимизированных квантовых алгоритмов QMC

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Непрерывный рост финансовых рынков диктует необходимость для его участников искать новые подходы к финансовому анализу для получения конкурентных преимуществ, в том числе за счет использования новых подходов в области вычислений. Квантовые вычисления могут быть использованы в качестве инструмента по получению данных преимуществ перед конкурентами. В частности моделирование Монте-Карло применяется широко в управлении финансовыми рисками, в то же время, требует значительных вычислительных ресурсов из-за использования большого количества сценариев, необходимых для получения более точного результата. Для оптимизации данного подхода применяются алгоритмы квантовой оценки амплитуды, которые ускоряют данный процесс, если использовать предварительно вычисленные распределения вероятностей для инициализации входных квантовых состояний. Но при отсутствии данных распределений в имеющихся подходах по данной тематике они генерируются численно с использованием классических вычислений, что полностью нивелирует преимущество квантового подхода. В данной статье предлагается решение указанной проблемы путём использования квантовых вычислений, в том числе для генерации распределений вероятностей. Была рассмотрена реализация квантовых схем для моделирования эволюции факторов риска во времени для движения капитала, процентных ставок и кредитных рисков, а также представлено объединение этих моделей с алгоритмами квантовой оценки амплитуды в качестве примера использования полученных алгоритмов для управления кредитными рисками. В завершении статьи проанализирована возможность использования полученных схем в финансовом анализе.

Об авторах

А. В Чуваков

Самарский Государственный Технический Университет

Email: avch2105@gmail.com
улица Молодогвардейская 244

Р. О Боряев

Самарский Государственный Технический Университет

Email: r.boryaev@gmail.com
улица Молодогвардейская 244

Список литературы

  1. Orús R., Mugel S., Lizaso E. Quantum computing for finance: Overview and prospects // Reviews in Physics. 2019. vol. 4. doi: 10.1016/j.revip.2019.100028.
  2. Egger D.J., Gambella C., Marecek J., McFaddin S., Mevissen M., Raymond R., Simonetto A., Woerner S., Yndurain E. Quantum computing for finance: State-of-the-art and future prospects // IEEE Transactions on Quantum Engineering. 2020. vol. 1. pp. 1–24. doi: 10.1109/TQE.2020.3030314.
  3. Gómez A., Rodriguez A.L., Manzano A., Nogueiras M., Ordóñez G., Vázquez C. A Survey on quantum computational finance for derivatives pricing and VaR // Archives of Computational Methods in Engineering. 2022. vol. 29. pp. 4137–4163. doi: 10.1007/s11831-022-09732-9.
  4. Herman D., Googin C., Liu X., Galda A., Safro I., Sun Y., Pistoia M., Alexeev Y.A. Survey of Quantum Computing for Finance // 2022. arxiv preprint arxiv: 2201.02773.
  5. Wilkens S., Moorhouse J. Quantum computing for financial risk measurement // Quantum Information Processing. 2023. vol. 22. doi: 10.1007/s11128-022-03777-2.
  6. Intallura P., Korpas G., Chakraborty S., Kungurtsev V., Marecek J. A Survey of Quantum Alternatives to Randomized Algorithms: Monte Carlo Integration and Beyond // 2023. arxiv preprint arxiv: 2303.04945.
  7. Dalzell A.M., McArdle S., Berta M., Bienias P., Chen C., Gilyén A., Hann C.T., Kastoryano M.J., Khabiboulline E.T., Kubica A., Salton G., Wang S., Brandão F.G.S.L. Quantum algorithms: A survey of applications and end-to-end complexities // 2023. arxiv preprint arxiv:2310.03011.
  8. Romano C., Di Climemnte A. Measuring Portfolio Value-at-Risk by a Copula-EVT Based Approach // Studi economici. 2005. vol. 2005(85). pp. 29–65.
  9. Brassard G., Høyer P., Mosca M., Tapp A. Quantum amplitude amplification and estimation // Quantum Computation and Information. 2002. vol. 305. pp. 53–74. doi: 10.1090/conm/305/05215.
  10. Herbert S. No quantum speedup with grover-rudolph state preparation for quantum monte carlo integration // Physical Review E. 2021. vol. 103(6-1). doi: 10.1103/PhysRevE.103.063302.
  11. Vazquez A.C., Woerner S. Efficient state preparation for quantum amplitude estimation // Physical Review Applied. 2021. vol. 15(3). doi: 10.1103/PhysRevApplied.15.034027.
  12. McArdle S., Gilyén A., Berta M. Quantum state preparation without coherent arithmetic // 2022. arxiv preprint arxiv:2210.14892.
  13. Zoufal C., Lucchi A., Woerner S. Quantum generative adversarial networks for learning and loading random distributions // Quantum Information. 2019. vol. 5(103). doi: 10.1038/s41534-019-0223-2.
  14. Li J., Kais S. A universal quantum circuit design for periodical functions // New Journal of Physics. 2021. vol. 23. doi: 10.1088/1367-2630/ac2cb4.
  15. Stamatopoulos N., Zeng W.J. Derivative Pricing using Quantum Signal Processing // 2023. arxiv preprint arxiv:2307.14310.
  16. Grover L.K. A fast quantum mechanical algorithm for database search // Proceedings of the Twenty Eighth Annual ACM Symposium on the Theory of Computing. 1996. pp. 212–219. doi: 10.1145/237814.237866.
  17. Vasicek O. An equilibrium characterization of the term structure // Journal of Financial Economics. 1977. vol. 5(2). pp. 177–188.
  18. Chakrabarti S., Krishnakumar R., Mazzola G., Stamatopoulos N., Woerner S., Zeng W.J. A Threshold for Quantum Advantage in Derivative Pricing // 2021. Quantum 5. vol. 463. doi: 10.22331/q-2021-06-01-463.
  19. Castelvecchi D. IBM releases first-ever 1,000-qubit quantum chip, 2023. URL: https://www.nature.com/articles/d41586-023-03854-1 (accessed 18.09.2024).
  20. IBM. Charting the course to 100,000 qubits. 2023. URL: https://research.ibm.com/blog/100k-qubit-supercomputer. (accessed 18.09.2024).
  21. Боряев Р.О., Чуваков А.В. Квантовые вычисления в автоматизированных системах управления факторинговыми операциями // Вестник СамГТУ, Технические науки. 2023. № 2(78). С. 6–19.
  22. Боряев Р.О., Чуваков А.В. Необходимость использования квантовых вычислений в автоматизированных системах управления факторинговыми операциями // Сборник материалов IX Международной научно-практической конференции (школы-семинара) молодых ученых (г. Тольятти, 18-20 апреля). 2023. С. 407–412.
  23. AWS Cloud Quantum Computing Service. IQM, 2024. URL: https://aws.amazon.com/ru/braket/quantum-computers/iqm/. (accessed 18.09.2024).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».