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近日，全球知名IT服务公司塔塔咨询服务（TCS）研究团队发表重要研究成果，首次将量子计算技术成功应用于金融市场实时货币套利优化问题，为量子计算在金融领域的实际应用开辟了新的道路。
为什么货币套利需要量子计算加持？
在瞬息万变的金融市场中，货币套利是一种通过利用不同货币对之间的汇率差异来获得无风险利润的交易策略。然而，这些套利机会往往稍纵即逝，要求交易系统能够在毫秒级别内处理海量的解空间并做出决策。传统的经典计算方法在面对如此大规模、高实时性要求的优化问题时，常常力不从心。
TCS研究团队指出，货币套利本质上是一个复杂的组合优化问题，需要在大量货币组合中找到最优的交易循环。随着货币种类的增加，问题的复杂度呈指数级增长，这正是量子计算技术能够发挥优势的领域。
核心技术突破：增强数学模型保证交易有效性
问题建模的重大改进
研究团队提出了一个增强的数学模型，这是本研究的关键创新之一。他们将货币套利问题建模为加权有向图，其中顶点代表货币，边表示汇率，并引入了简单循环保持约束，确保只考虑可行且非冗余的交易循环。
****，展示了研究中使用的真实市场数据，包括欧元、美元、英镑等14种主要货币的交换比率。
该模型的核心目标函数为：
其中 表示从货币 到货币 的汇率， 为决策变量，当货币 位于循环的第 个位置时为1，否则为0。
关键约束条件确保交易合理性
模型包含四个重要约束条件：
这些约束确保每个循环位置恰好对应一种货币，且每种货币最多只能出现在一个位置，从而保证了交易循环的有效性和唯一性。
量子算法架构：ACE技术的革命性突破
QUBO转换：连接经典与量子的桥梁
为了让问题能够在量子计算机上求解，研究团队将二次约束二元优化(BQP)问题转换为二次无约束二元优化(QUBO)形式：
其中 是相应的惩罚参数，使用Verma和Lewis方法确定最优值。
ACE算法：量子比特需求的指数级降低
自适应成本编码(ACE)算法是本研究的另一个重大技术亮点。传统的变分量子算法需要的量子比特数等于二元变量的数量，而ACE算法将所需量子比特数降低到 ，实现了指数级的资源节约。
量子态的表示为：
其中 是由参数 生成的量子态， 是寄存器量子比特的计算基态， 是辅助量子比特的状态。
****，清晰展示了整个算法的执行流程，蓝色虚线表示训练阶段，绿色实线表示执行阶段。
实验结果：量子方法展现显著优势
多种求解器的全面对比
研究团队使用真实的货币汇率数据，对比了四种不同的求解方法：
-
量子退火(QA) -
自适应成本编码配合局部搜索(ACE-LS) -
经典求解器Gurobi -
禁忌搜索(TS)
显示了各种方法在不同问题规模下的表现。实验结果表明，量子方法在小规模问题上能够找到与经典最优解相同的结果，在大规模问题上也能获得可观的套利利润。
执行时间的决定性优势
展现了各方法最关键的性能差异。结果显示，量子退火和ACE-LS方法的执行时间随问题规模线性增长，而经典求解器Gurobi的执行时间呈指数级增长。这一优势在实时交易场景中具有决定性意义。
****展示了一个具体的5货币套利循环示例，从欧元(EUR)开始，经过美元、英镑等货币最终回到欧元，实现17.48个基点的利润。
电路优化的深入研究
和详细展示了量子线路设计的优化过程。研究发现，使用差分进化(DE)优化器的Circuit 2在所有问题规模上都能获得最低的成本函数值。
技术创新的深层价值
多位交换后处理优化
研究团队还提出了经典多位交换后处理技术来进一步提升ACE算法生成解的质量。该方法通过顺序评估每个比特并计算目标值，如果翻转能够改善目标值并确保可行性，则保留变更。**整个局部搜索的复杂度为 **，在提升解质量的同时保持了较低的计算开销。
实用性考量与未来展望
虽然量子方法显示出了明显优势，但研究团队也指出，真正的实时货币套利需要在微秒到毫秒级别内完成执行，这通常需要使用CPU、GPU甚至FPGA的并行计算和超低延迟基础设施才能实现。
当前的量子和混合量子-经典方法可以被视为迈向工业级量子解决方案的重要第一步。未来的研究将专注于在真实量子硬件上执行ACE-LS算法，以及探索更先进的混合经典-量子算法来进一步降低执行时间并提高解的质量。
量子计算金融应用的里程碑意义
这项研究的重要性不仅在于技术突破，更在于为量子计算在金融领域的实际应用提供了具体而可行的路径。TCS团队的工作证明了量子计算技术已经开始从理论研究转向实际应用，特别是在需要实时优化的金融场景中。
研究结果表明，量子方法不仅在解决质量上能够与经典方法媲美，在执行速度上更具有显著优势，这为未来构建基于量子计算的高频交易系统奠定了重要基础。随着量子硬件技术的不断成熟和算法的进一步优化，量子计算有望在金融科技领域发挥越来越重要的作用。
论文引用：Roy, S. K., Rana, R., Chandra, M. G., Kumar, N., & Nambiar, M. (2025). Toward Quantum Enabled Solutions for Real-Time Currency Arbitrage in Financial Markets. TCS Research.