2025 IEKTopics|強大量子運算處理能力,重塑新世代金融架構

近年來,金融科技迅速發展,區塊鏈、人工智慧、大數據與雲端運算等技術,廣泛應用於資產管理、風險控管與監理科技,提升效率與決策準確性。然而,面對日益複雜的金融市場與海量資料,傳統計算技術逐漸遭遇瓶頸。以資產配置與信用風險評估為例,處理大量變數時,即使使用雲端資源,也難以快速得出最佳解。

此時,具備強大並行處理能力的量子運算,成為突破口,不僅可加速計算,更可能重塑金融架構。同時,量子技術在資安領域的應用日趨重要,特別是應對「現在竊取,未來解密」(Harvest Now, Decrypt Later)的威脅。美國國家標準暨技術研究院(NIST)已於2024年發布三項後量子密碼的最終標準草案(FIPS Drafts),為全球資安政策提供依據。Google、IBM與AWS等科技巨頭,亦積極部署相關技術,加速實現量子安全環境。

 

金融創新、資安升級的前瞻應用-量子科技成關鍵動能

隨著金融市場資料量暴增與資安威脅日益嚴峻,傳統科技逐漸無法滿足高效率、即時性與安全性的需求。量子科技憑藉其獨特的量子位元運算特性,具備高速並行處理與模擬能力,為金融運算與資安系統帶來嶄新解方。未來,其應用潛力可望在以下幾個方面展現顛覆式影響。

在金融領域,量子科技在資產配置與投資組合最佳化中扮演重要角色。此類屬於NP-hard(非確定性多項式困難)問題,當資產數量達數千項時,可能產生超過兆種配置組合。量子近似最佳化演算法與量子退火(Quantum Annealing)技術,有助於高效探索接近全域最適解,應用於主動式基金管理、自動化交易策略及大型資產組合管理,有望大幅提升資產配置效率與報酬潛力。其次,量子模擬可協助金融機構進行市場風險評估與壓力測試。透過量子隨機行走模型與高階模擬技術,可更貼近非線性金融市場的實際波動與極端情境,如市場崩盤或系統性危機。這對監理機構與風控單位而言,是強化系統性風險辨識與預警能力的重要工具。

衍生性金融商品的定價方面,量子運算也展現極大潛力。例如期權與信用違約互換(Credit Default Swap, CDS)產品,涉及高度複雜的路徑模擬與多因子分析。量子傅立葉轉換(Quantum Fourier Transform, QFT)等技術可提升蒙地卡羅模擬(Monte Carlo Simulation)的效率與準確性,為風險對沖與商品定價帶來技術突破。此外,量子機器學習結合量子位元處理能力與經典演算法,能更快速進行資料訓練與分類。技術如量子支持向量機(Quantum Support Vector Machine, QSVM)與變分量子分類器(Variational Quantum Classifier, VQC),可應用於金融市場趨勢預測、個人化投資建議、詐騙偵測與客戶行為分析等場景,為智慧金融注入新動能。

針對資安領域,隨著量子電腦發展加速,傳統加密技術的安全性正面臨根本挑戰。因應此風險,「後量子密碼」(Post-Quantum Cryptography, PQC)成為重要研究方向。其目標在於設計可抵禦量子破解的演算法,同時結合量子密鑰分發與高品質隨機數生成技術(Random Number Generation, RNG),構建新一代資安架構,確保敏感通訊與資料傳輸的安全性。此外,量子加密與量子密鑰分發技術可實現理論上無條件安全的通訊模式,對於跨境支付、中央銀行數位貨幣(CBDC)、數位資產與雲端資料保護等領域,皆具實用價值。透過量子安全技術的導入,未來全球金融系統的韌性與防駭能力有望獲得大幅提升。

不久的將來,量子科技將成為推動金融創新與資安升級的關鍵動能,具備顛覆傳統運算架構與保障數位資產安全的潛力。隨著技術成熟與應用擴展,其在金融科技與資安領域的角色將日益關鍵。

 

量子科技應用於金融領域的國際案例:高盛集團、匯豐銀行

量子科技正在金融服務與資訊安全領域掀起一場技術革命,全球各大企業與機構紛紛投入相關研發,期望透過量子運算的強大能力,解決傳統技術無法克服的複雜問題。從華爾街的投資銀行到歐洲的金融科技新創;從美國科技巨頭到專業資安公司,量子科技的應用正逐步從理論研究轉向實際商業應用。

在金融領域,美國高盛集團(Goldman Sachs)投資銀行與IBM合作,研究如何以量子演算法進行利率衍生品定價。傳統蒙地卡羅方法計算成本高昂且耗時,而量子版本可透過平方級加速(Quadratic Speedup),大幅提高效率。研究中提出的「重參數化方法」結合預訓練演算法與量子容錯技術,顯著降低計算資源需求。該研究為未來演算法優化與硬體發展提供清晰路徑。此合作不僅具高度學術價值,也為金融業提升競爭力提供技術基礎,成為量子金融應用的重要里程碑。

英國的匯豐銀行(HSBC)和新創公司Quantinuum合作,探索量子運算在金融服務領域的潛在效益。合作項目涵蓋三個核心領域:網路安全、詐欺偵測和自然語言處理。網路安全方面,合作的目標利用量子運算強化加密密鑰應用,結合後量子密碼演算法來減輕當前和未來的網路威脅。Quantinuum的Quantum Origin平台是這項合作的核心技術,它利用量子電腦的操作強化並保護交易和身份驗證過程的加密密鑰,這是市場上第一個使用量子電腦產生加密密鑰的商業產品,替HSBC 的重要數據提供額外的安全保護層。該平台可部署在現有的傳統網路安全基礎設施上,並由硬體安全模組(Hardware Security Module, HSM)供應商來執行運作。

由於防止詐騙是HSBC的重要任務之一,量子機器學習(QML)與詐欺偵測應用,著重在如何運用先進的QML技術來提升詐欺偵測能力。這些技術利用Quantinuum的軟體平台TKET,讓量子運算更有效率,更好地安排量子位元的運作和簡化運算流程。此外,雙方也開發一種新型的人工智慧技術,量子自然語言處理(QNLP)。此技術優於傳統語言模型,不使用難以理解的「黑盒」方法,而是採用可解釋模型。QNLP透過訓練量子系統理解詞語的意義,未來有機會應用於問答系統、分析文本相似度等語言任務。對於銀行等需處理大量客戶資料並受監管的產業而言,此系統將是一大助力。

 

量子科技應用於資安領域的國際案例:Google、IBM、SandboxAQ

在資安領域,Google自2016年起於Chrome中測試CECPQ1混合密鑰交換協議,緊接著於2022年將後量子密碼(PQC)投入內部通訊(如Gmail、Chrome Sync),展現從瀏覽器到平台全面布局的進程。2024年在Cloud KMS中推出ML-DSA-65(FIPS204)與SLH-DSA-SHA2-128S(FIPS205)的PQC簽章功能,並開放預覽使用,為使用者提供量子加密安全選擇。Google 同時推動BoringSSL/BoringCrypto、Tink加密庫開源實作,降低導入門檻,促進社群參與及標準化進程。

與此同時,IBM作為CRYSTALS-Kyber與Dilithium的共同開發者,IBM在z16系列大型機上率先導入PQC功能,支援量子安全的TLS和數位簽章應用。IBM推出Crypto-BOM(CBOM)工具,協助企業盤點與分析現有加密資產與風險暴露。透過IBM Cloud及Consulting部門,提供客製化的PQC遷移服務與概念驗證方案。

另一方面,SandboxAQ積極參與美國國家標準暨技術研究院後量子密碼標準化計畫(NISTPQC)標準制定,其提出的HQC(Hamming Quasi-Cyclic)演算法已入選作為密碼學的輕量級應用標準候選之一。SandboxAQ同時提供SandboxAQ Security Suite,整合演算法管理、自動掃描與策略建議功能。透過與Google Cloud、Deloitte 等夥伴合作,該平台正擴展至政府、金融與國防等資安領域。

 

結語:臺灣量子科技發展的契機與建議

臺灣擁有強大的IC設計與半導體製造能力,但在量子運算核心硬體研發仍處於起步階段。臺灣金融科技創新聚焦於區塊鏈、AI、大數據,但尚缺乏量子金融研究與試驗平台,而後量子密碼相關應用產業則尚處於雛形階段。另外,教育與人才面尚未形成完整的量子科技培育生態系。因此,為促進量子科技於臺灣金融與資安領域的應用與發展,建議如下:

金融方面,推動跨領域人才培育與課程設計,鼓勵國內大學設立「量子金融科技」碩士或雙聯學程,結合物理、數學、資工與財金背景,並引進IBM Q、D-Wave Leap等雲端平台作為實作工具。資安方面,發展國際合作與技術引進計畫,並與Multiverse、Quantinuum、Xanadu等國際量子科技公司簽署合作備忘錄,引入其應用模型並針對臺灣金融與資安業者進行在地化測試。

量子科技將在未來重塑金融與資安的運算結構、風險控管與決策邏輯。臺灣若能整合其高科技優勢,及早在量子金融與資安領域投入研發與應用,有望搶佔未來全球金融科技與資安的戰略高地。

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