Blog
Kuantum Teknolojisi: 2# Kuantum Bilgisayarlarının Finans Piyasalarında Kullanım Alanları
Finans sektörü, tarih boyunca en çetrefilli problemlerinin çözümü için daima fiziğe başvurmuştur. Buna en güzel örneklerden biri olarak, opsiyon fiyatlamasında sıklıkla kullanılan ve mucitlerinden ikisine 1997 yılında Nobel Ekonomi Ödülü kazandıran Black-Scholes-Merton yönteminin Brown hareketi (Brownian Motion) kullanması verilebilir. Prof. Robert C. Merton (Harvard Üniversitesi) ve Prof. Myron S. Scholes (Stanford Üniversitesi) 1997 yılında Nobel Ekonomi Ödülü almışlardır. Brown hareketi ise 1827 yılında İskoç botanikçi ve biyolog Robert Brown tarafından keşfedilmiştir ve ilk olarak küçük taneciklerin sıvı veya gaz molekülleri içindeki tamamen rastlantısal hareketini açıklamak için kullanılmıştır.
Teorik geçmişi 1800’lü yıllara dayansa da uygulama alanında henüz çok yeni olan kuantum hesaplama teknolojisi, günümüzde finans piyasalarında 4 temel alanda borsalardan bankalara, aracı kurumlardan portföy yönetim şirketlerine çok sayıda kurum tarafından kullanılmaktadır. Bu alanları kurum örnekleri ile desteklenmiş şekilde aşağıda incelenecektir.
1. Finansal Varlıkların Alım/Satım Stratejileri
2017-2019 yılları arasında UBS UK ve QxBranch LLC isimli kuantum hesaplama şirketi döviz alım/satımı alanında kullanılmak üzere piyasa yapıcılığını optimize etme amaçlı kuantum algoritmaları geliştirmek için 500 bin pound bütçeli bir çalışma gerçekleştirmiştir. Kullanıma geçmekle beraber sonuçları kamuya açıklanmayan çalışmada banka geliştirilen algoritmaların yatırımcıları için döviz alım-satımında daha hassas fiyatlama stratejileri geliştirilmesine ve işlem maliyetlerinin düşürülmesine katkıda bulunduğunu belirtmiştir.
Kanada’nın en eski ve büyük bankalarından biri olan BMO (Bank of Montreal) ile Scotiabank, yine aynı ülkede ışığın temel parçacığı olan fotonlar ile çalışan fotonik kuantum bilgisayar ve kuantum makine öğrenimi algoritmaları geliştiricisi olarak faaliyet gösteren Xanadu ile farklı türev ürünleri gerçek zamanlı fiyatlanması için kuantum Monte Carlo algoritması geliştirmiştir.
2020 yılında İngiltere menşeili büyük bir yatırım bankası olan Standard Chartered Bank, Universities Space Research Association (USRA) ile kuantum hesaplama algoritmaları oluşturmak üzere gerekli araştırmaların ortak olarak yapılması için bir anlaşma imzalamıştır. Kurum, bu sayede alım/satım sinyalleri oluşturulması ve kredi derecelendirme gibi bazı spesifik konulara odaklanarak araştırmalarını devam ettirmektedir.
Bu alanda çalışan girişimlerden biri ise 2017 yılında Toronto’da kurulan Adaptive Financial Technologies’tir. Kanadalı kuantum bilgisayar üreticisi D-Wave ile iş birliği içinde olan şirket bireysel yatırımcılar olan müşterilerine kuantum teknolojisini kullanarak çeşitli piyasalar-varlık sınıfları için klasik makine öğrenimi bazlı stratejilerden daha tutarlı sonuçlar üretmeyi amaçlayan modeller tasarlamaktadır. Şirket, S&P 500 şirketlerinden oluşan bir portföy için oluşturduğu strateji hakkında internet sayfasında detaylı bilgiler vermektedir (https://adaptive.finance/).
2. Portföy Optimizasyonu ve Varlık Yönetimi
2020 yılında, İspanya’nın en büyük bankalarından biri olan CaixaBank Kanadalı bir kuantum bilgisayar üreticisi olan D-Wave’in 5.000 kübitlik “Advantage” kuantum bilgisayarıyla çalışarak yatırım portföy koruması (investment portfolio hedging) ve portföy optimizasyonu alanlarında %90 oranında zaman tasarrufu sağladığını ve sabit getirili menkul kıymet portföylerini optimize etmeyi başardığını duyurmuştur.
Yine İspanya’nın en büyük bankalarından bir diğeri olan BBVA ise kuantum teknolojisini benimseyen kurumların başında gelmektedir. ABD’de bir grup Harvard’lı bilim insanı tarafından kurulmuş bir kuantum hesaplama şirketi olan Zapata Computing ile ortak çalışan banka, 2021 yılında “Credit Valuation Adjustments” alanında sıklıkla kullanılan Monte Carlo yöntemini kuantum teknolojisi ile birleştirmiş ve bu sayede değişkenlerin rastgele koşullardaki değişimlerini tahmin ederek portföylerin optimizasyonunu amaçlamıştır.
Sayısal bir örnek vermek gerekirse, BBVA ve Multiverse Computing’in kuantum algoritma takımları ortak bir çalışmayla kuantum sistemlerinin dinamik portföy optimizasyonu üzerindeki etkisini araştırmıştır. Buna göre, 52 farklı finansal varlığın 8 yıllık bir sürede oluşan günlük fiyat verisi farklı büyüklükte 6 veri setine (XS, S, M, L, XL, XXL) ayrılmıştır. En büyük veri setinde (XXL) toplam 10^382 olası farklı portföy bulunurken, en büyük ikinci veri setinde (XL) toplam 10^139 olası farklı portföy, bulunmaktadır. Bu veriler ile beslenen D-Wave Hybrid sistemi en büyük veri setini (XXL) yalnızca 3 dakikanın biraz altında optimize ederek 12.16 Sharpe rasyosu olan bir portföy oluşturmayı başarmıştır. Piyasalarda Sharpe rasyosu 3’ün üzerindeki yatırımların “mükemmel”, 8’in üzerinde olan bir portföyün “risksiz” kabul edildiği göz önüne alınırsa, sonuçların etkileyiciliği daha iyi anlaşılır. Ayrıca, kuantum hesaplama teknolojisinin kullanılmadığı klasik yöntemlerin bu çalışmada XL ve XXL veri setleri için çok yavaş kalarak optimum sonuca ulaşamadığını da eklemek gerekir.
2020 yılında bir diğer İspanyol varlık yönetimi şirketi olan Bankia Asset Management, farklı risk profilleri için toplam 10^1,300 farklı portföy dağılımının yapılabildiği 50 adet fondan oluşan bir sepeti optimize etmek için Multiverse şirketi ile kuantum bilgisayarlardan faydalanmışlardır. Yapılan açıklamaya göre, normal bilgisayarların evrenin bilinen yaşı (≈13,8 milyar yıl) kadar bir sürede çözemeyeceği bu problemi D-Wave’in kuantum bilgisayarı birkaç dakika içerisinde çözmüştür.
Önde gelen Japon portföy yönetimi şirketlerinden biri olan Nomura ise 2018 yılında Tohoku Üniversitesi ile ortaklaşa bir kuantum projesi başlatmıştır. Günümüzde hala devam eden ve D-Wave kuantum sistemleri kullanılan projenin iki temel amacı bulunmaktadır. Birincisi, D-Wave sistemlerinin binlerce pay senedi verisi kullanarak, anlık olarak 800.000 farklı portföy oluşturabilmesi sayesinde, yatırımcılara portföy optimizasyonu konusunda daha tutarlı hizmet verilmesi, ikincisi ise gelecekteki pay senedi fiyatlarının tahmin edilmesidir.
3. Risk Yönetimi ve Opsiyon Fiyatlama
Kuantum teknolojisi ile yakından ilgilenen bir diğer kurum olan Deutsche Börse Group ise, halihazırda borsaya kote şirketler için kullanılan temerrüt riskine karşı duyarlılık analizi modeline kuantum hesaplamasını entegre etmiştir. 1.000 farklı parametre ve yalnızca 200’den az kübit kullanılarak yapılan çalışma kuantum hesaplama teknolojisiyle yalnızca 30 dakikada tamamlanırken klasik bilgisayarlarla bu sürenin yaklaşık 10 yıl olacağı açıklanmıştır. Yine başka bir önde gelen Japon finans şirketler grubu olan Mizuho da kuantum bilgisayarları opsiyon fiyatlamalarında kullanılan yerel oynaklık (local volatility – LV) modellerinin çalıştırılması ve Monte Carlo simülasyonlarında kullanılan kübit sayısının optimize edilmesi gibi alanlarda kullanmaktadır.
2020 yılında J.P.Morgan, IBM Quantum ve ETH Zurich araştırmacılarından oluşan bir ekip opsiyon fiyatlamasının kuantum bilgisayarlarda nasıl yapılabileceğine ilişkin bir metodoloji yayınlamıştır. Bu pilot çalışmada, kuantum algoritmalarının opsiyon fiyatlanmasında klasik Monte Carlo yönteminden iki kat daha hızlı olduğu gösterilmiştir ve optimize edilen metotlar kurumların kullanımına sunulmuştur.
2021 yılında aktif büyüklüğünde Fransa’nın en büyük ikinci ve Avrupa’nın en büyük dokuzuncu bankası olan Crédit Agricole CIB, bir kuantum bilgisayarı geliştiricisi olan Fransız Pasqal şirketi ve Multiverse ile sermaye piyasalarında ve risk yönetiminde kuantum hesaplamanın etkisini araştırmaya başladığını duyurmuştur. 2019 yılında Fransa’da kurulmuş bir kuantum girişimi olan Pasqal’ın kurucu ortaklarından olan Prof. Alain Aspect 2022 yılında Nobel Fizik Ödülü’ne layık görülen 3 bilim insanından biri olmuştur.
4. Veri Güvenliği
Kuantum teknolojisinde veri güvenliği kuantum kriptografi ile sağlanmaktadır. Bunun ise en bilindik yollarından birisi kuantum anahtar dağıtımı (Quantum Key Distribution) yöntemidir. Normal şartlarda, gizli bir görüşme yapmak isteyen iki kullanıcı arasındaki mesajlar belirli uzunluktaki bir bit dizisi (anahtar) ile şifrelenir ve şifreli mesajlar taraflara herkese açık kanallardan gönderilir. Bu durum da görüşmenin üçüncü kişiler tarafından anahtar ele geçirilerek dinlenmesinin önünü açmaktadır. Matematikten ziyade kuantum mekaniği ilkelerini kullanan kuantum anahtar dağıtımı sisteminde ise gizli görüşmeyi dinlemeye çalışan üçüncü bir kişi sistemde engelleyemediği çeşitli hatalara sebep olmakta, bu hatalar da görüşmenin taraflarınca dinlendiklerinin tespit edilmesini sağlamaktadır.
Bu yöntem, dünyada çeşitli kurumlarca zaman içinde geliştirilerek kullanılmaktadır. 2004 yılında Bank Austria Creditanstalt ile Vienna City Hall arasında gerçekleşen 3,000 Euro’luk bir fon transferi dolaşık fotonlar yardımıyla şifrelenmiştir. Halihazırda kullanılan fon transfer sisteminde 1,5 km’lik bir fiber optik bağlantı sayesinde gerçekleşen işlem dolaşık fotonlar kullanması sebebiyle maksimum güvenlik sağlarken, bu sistemin ilke olarak 20 km uzaklığa kadar güvenli şekilde çalışabileceği, bundan daha uzak mesafeler için ise fotonların güvenilir şekilde seyahatinin garanti edilemediği vurgulanmıştır.
2005 yılında kurulan ve günümüzde Çin’in en büyük bankalarından biri olan Huishang Bank ise kuantum teknolojisini ana veri merkezi ve yedekleme merkezi arasında iletişim amacıyla kullanmaya başlamıştır. Banka, Çin’in 2016 yılında Dünya’nın yörüngesine yerleştirdiği dünyanın ilk kuantum haberleşme uydusu olan Micius’u kullanarak günümüz teknolojisiyle kırmanın binlerce yıl alacağı kuantum şifreleme teknolojisi ile veri güvenliğini maksimize etmeyi amaçlamaktadır. Benzer şekilde, 2017 yılında ICBC de Beijing - Shanghai arasında kuantum teknolojisi ile şifrelenmiş veri transferi gerçekleştirmeyi başarmıştır. Global bankacılık dünyasında bu konuda ilk defa 1000-km eşiği aşılmıştır.
Rusya da Çin gibi kuantum teknolojisini özellikle veri güvenliği alanında kullanan ülkelerden bir diğeridir. 2019 yılında gerçekleşen St. Petersburg Uluslararası Ekonomi Forumu’nda Sberbank, Gazprombank, PwC ve Rusya Kuantum Merkezi QKD (Quantum Key Distribution) yöntemini kullanarak kendi aralarında ilk güvenli video konferans görüşmesini gerçekleştirmiştir.
2022 yılında J.P.Morgan, Toshiba ve Ciena araştırmacılarından oluşan bir ekip 70 kilometre menzili olan bir kuantum anahtar dağıtım ağı (Quantum Key Distribution Network) oluşturarak bu sayede blokzincir uygulamalarını maksimum güvenlikle kullanmayı hedeflemektedir.
Yine 2022 yılında Danimarka’nın en büyük bankası olan Danske Bank da kuantum anahtar dağıtımı (CV-QKD) yöntemi ile bankanın farklı veri merkezlerini temsil eden iki bilgisayarı arasında kuantum teknolojisi ile şifrelenmiş veri transferi gerçekleştirmeyi başarmıştır. Bu gelişmenin, siber suçlarla mücadele ve veri güvenliği için kritik önemde olduğu belirtilmiştir.
Dünya Ekonomik Forumu (WEF) 2022 yılında kuantum güvenliğe sahip ekonomik sistemlere geçişi analiz ettiği raporunda 2020-2030 arasını geçiş dönemi olarak tanımlamış, bu tarihten sonra kuantum kriptografi ile korunmayan sistemlerin saldırılara açık hale geleceğini öngörmüştür. 2030-2035 yılları arasında ise sanal olarak depolanan her türlü kritik bilginin kuantum şifrelemesinin gerçekleştirilmesinin zorunluluk olduğu belirtilmiştir. Bu durumun finans piyasaları açısından kritik önemine binaen sayısal bir örnek vermek gerekirse, söz konusu raporda tedavüldeki Bitcoin’lerin %25’i ve Ethereum’ların %65’inin kuantum saldırılara karşı savunmasız olabileceği, bu durumun ise günümüz kurlarıyla yaklaşık 40 milyar doların risk altında olduğunu gösterdiği belirtilmiştir.
Tabii ki, kuantum hesaplama teknolojisinin finansta kullanımını yalnızca bu alanlarla sınırlamak doğru olmaz. Kuantum mekaniği hakkında bilgimiz derinleştikçe, (günümüzde neredeyse hiçbir şey bilmiyoruz) nanoteknolojinin de yardımıyla bir çipin üzerine milyonlarca kübit bulunan son derece gelişmiş kuantum bilgisayarları yapılacağını düşünüyorum. Bu sayede, bugün aklımıza dahi gelmeyen, astronomik sayıda değişkeni bünyesinde barındıran finans problemlerini akıl almaz bir hızda çözebiliriz.
1Tanrı zar atmaz.
2Einstein, Tanrı’ya ne yapması gerektiğini söylemeyi bırak.
3Tanrı zar atmakla kalmaz, aynı zamanda bazen onları görünemeyecekleri yerlere atar.
En güncel gelişmeler ve YZTD’den haberler için e-posta bültenimize kayıt olabilirsiniz.