米シカゴ大学などに所属する研究者らが発表した論文「Coordinating Decisions via Quantum Telepathy」は、量子もつれを証券取引に活用して、瞬時に売買の決定を調整できる概念的アプローチを提案した研究報告である。
利用“量子”即时调整证券买卖？提出一种利用交易所之间预先共享的“量子纠缠”来获得市场优势的方法
研究内容
量子もつれは、2つ以上の粒子が互いに強く関連し合い、一方の状態を測定すると、瞬時に他方の状態が決まる現象である。これらの粒子は、たとえ物理的に離れていても、あたかもテレパシーのように瞬時に影響し合う。この現象は、古典物理学の常識を超えた不思議な性質を持ち、アインシュタインが「不気味な遠隔作用」と呼んだことでも知られている。
研究者らは、量子もつれを超高速取引（High Frequency Trading、HFT）に活用できないかと考えた。超高速取引は、コンピューターを使って数マイクロ秒（100万分の1秒）単位という極めて短い時間間隔で大量の取引を行う手法である。取引はアルゴリズムによって完全に自動化されており、人間の直接介入はできない。
この研究では、ニューヨーク証券取引所（NYSE）とNASDAQの各証券取引所に配置された同じ企業のサーバー間で情報のやり取りを行い、売買決定を調整する超高速取引を想定している。2つのサーバーが決定を調整するには、一方が他方と連絡を取る必要がある。取引所のデータセンターは物理的に56.3キロメートル離れているため、光の速さの限界により、遅延は約188マイクロ秒に及ぶ。
そして、両取引所に設置したサーバー間において、事前に共有した量子もつれ状態を利用し、取引時の通信はなしで、協調した決定を調整できないかを探っている。これにより、光速による通信の遅延時間内でも、効果的な取引決定が可能となるため、市場において有利になる可能性がある。
研究では、量子もつれ戦略を物理的に実装する方法を2つ検討している。1つ目は「直接光子接続」方式で、中間のソースから両当事者に直接、量子もつれ状態の光子を送る。この方法は、レーザーと非線形結晶を使って高速でもつれ光子を生成できるが、距離が長くなると光子の損失が問題となる。この課題に対しては、真空中で光を送る新技術「真空ビームガイド」が解決策として提案されている。
2つ目は「量子メモリ」方式。各当事者が量子ビットを格納する量子コンピュータ（量子メモリ）を持ち、光子を使ってこれらのメモリ間でもつれを生成する。この方法は光子損失の影響を受けにくく、より複雑なもつれ状態の実現も可能だが、十分な効率でもつれを生成することが課題となっている。
研究評価
両方式とも、現在の技術水準でも実現可能な範囲内にあると考えられるが、それぞれに課題を抱える。直接光子接続方式では光子損失の問題、量子メモリ方式では高いもつれ生成率の達成が主な課題として挙げられる。
これらの課題を克服するためには、真空ビームガイドのような新技術の開発や、量子メモリの大規模化、量子操作の高精度化などが必要となり得る。
今回のアプローチは、超高速取引以外にも、分散コンピューティングやコンピュータアーキテクチャへの応用が考えられる。
Source and Image Credits: Ding, Dawei, and Liang Jiang. “Coordinating Decisions via Quantum Telepathy.” arXiv preprint arXiv:2407.21723 (2024).
利用“量子”即时调整证券买卖？提出一种利用交易所之间预先共享的“量子纠缠”来获得市场优势的方法
芝加哥大学和其他机构的研究人员发表的论文《通过量子心灵感应协调决策》是一份研究报告，提出了一种可以利用证券交易中的量子纠缠来即时调整买卖决策的概念方法。
量子纠缠是一种现象，其中两个或多个粒子彼此密切相关，测量一个粒子的状态可以立即确定另一个粒子的状态。即使这些粒子在物理上是分开的，它们也会瞬间相互作用，就像心灵感应一样。这种现象具有超出经典物理学常识的神秘特性，也因爱因斯坦所说的“幽灵般的远距离作用”而闻名。
研究人员想知道量子纠缠是否可以用于超高频交易（HFT）。超高速交易是利用计算机在几微秒（百万分之一秒）的极短时间间隔内进行大额交易的方法。交易通过算法完全自动化，不需要直接人工干预。
这项研究假设超高速交易是在位于纽约证券交易所（NYSE）和纳斯达克证券交易所的同一家公司的服务器之间交换信息，并协调买卖决策。为了让两台服务器协调决策，一台服务器必须联系另一台服务器。该交易所的数据中心物理上相距56.3公里，由于光速的原因导致大约188微秒的延迟。
在纽约证券交易所和纳斯达克交易所之间建立超快速交易
他们还在探索使用预先共享的量子纠缠状态来协调两个交易所安装的服务器之间合作决策的可能性，而无需在交易期间进行任何通信。这使得即使在光速通信的延迟时间内也可以做出有效的交易决策，这可能对市场有利。
该研究考虑了两种物理实施量子纠缠策略的方法。第一个是“直接光子连接”，它将纠缠光子从中间源直接发送到双方。这种方法使用激光和非线性晶体高速产生纠缠光子，但光子损失在长距离上成为一个问题。人们提出了一种名为“真空光束波导”的新技术来解决这个问题，该技术可以在真空中传输光。
直接光子连接方法概述
第二种是“量子记忆”方法。各方都有一台存储量子位的量子计算机（量子存储器），光子用于在这些存储器之间创建纠缠。这种方法对光子损失不太敏感，并且允许创建更复杂的纠缠态，但挑战在于以足够的效率产生纠缠。
量子存储方法概述
即使在当前的技术水平下，这两种方法都被认为是可行的，但每种方法都有其自身的挑战。直接光子连接方法的主要挑战是光子损失，而量子存储方法的主要挑战是实现高纠缠生成率。
为了克服这些挑战，可能有必要开发真空束导向器等新技术，增加量子存储器的规模，并提高量子运算的精度。
除了超高速交易之外，这种方法在分布式计算和计算机架构方面也有潜在的应用。