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2022-04-26
英文标题:
《Quantum Technology for Economists》
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作者:
Isaiah Hull, Or Sattath, Eleni Diamanti, G\\\"oran Wendin
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最新提交年份:
2021
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英文摘要:
  Research on quantum technology spans multiple disciplines: physics, computer science, engineering, and mathematics. The objective of this manuscript is to provide an accessible introduction to this emerging field for economists that is centered around quantum computing and quantum money. We proceed in three steps. First, we discuss basic concepts in quantum computing and quantum communication, assuming knowledge of linear algebra and statistics, but not of computer science or physics. This covers fundamental topics, such as qubits, superposition, entanglement, quantum circuits, oracles, and the no-cloning theorem. Second, we provide an overview of quantum money, an early invention of the quantum communication literature that has recently been partially implemented in an experimental setting. One form of quantum money offers the privacy and anonymity of physical cash, the option to transact without the involvement of a third party, and the efficiency and convenience of a debit card payment. Such features cannot be achieved in combination with any other form of money. Finally, we review all existing quantum speedups that have been identified for algorithms used to solve and estimate economic models. This includes function approximation, linear systems analysis, Monte Carlo simulation, matrix inversion, principal component analysis, linear regression, interpolation, numerical differentiation, and true random number generation. We also discuss the difficulty of achieving quantum speedups and comment on common misconceptions about what is achievable with quantum computing.
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中文摘要:
量子技术的研究跨越多个学科:物理学、计算机科学、工程学和数学。这本手稿的目的是为以量子计算和量子货币为中心的经济学家提供一个关于这个新兴领域的易懂介绍。我们分三步进行。首先,我们讨论量子计算和量子通信的基本概念,假设有线性代数和统计学的知识,但没有计算机科学或物理学的知识。本课程涵盖了基本的主题,如量子比特、叠加、纠缠、量子电路、预言和不可克隆定理。第二,我们提供了量子货币的概述,这是量子通信文献的早期发明,最近已经在实验环境中部分实现。量子货币的一种形式提供了实物现金的隐私和匿名性,无需第三方参与交易的选择,以及借记卡支付的效率和便利性。这些特征无法与任何其他形式的货币结合起来实现。最后,我们回顾了所有现有的用于求解和估计经济模型的算法的量子加速。这包括函数逼近、线性系统分析、蒙特卡罗模拟、矩阵求逆、主成分分析、线性回归、插值、数值微分和真实随机数生成。我们还讨论了实现量子加速的困难,并评论了关于量子计算可以实现什么的常见误解。
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分类信息:

一级分类:Economics        经济学
二级分类:General Economics        一般经济学
分类描述:General methodological, applied, and empirical contributions to economics.
对经济学的一般方法、应用和经验贡献。
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一级分类:Computer Science        计算机科学
二级分类:Cryptography and Security        密码学与安全
分类描述:Covers all areas of cryptography and security including authentication, public key cryptosytems, proof-carrying code, etc. Roughly includes material in ACM Subject Classes D.4.6 and E.3.
涵盖密码学和安全的所有领域,包括认证、公钥密码系统、携带证明的代码等。大致包括ACM主题课程D.4.6和E.3中的材料。
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一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Economics        经济学
分类描述:q-fin.EC is an alias for econ.GN. Economics, including micro and macro economics, international economics, theory of the firm, labor economics, and other economic topics outside finance
q-fin.ec是econ.gn的别名。经济学,包括微观和宏观经济学、国际经济学、企业理论、劳动经济学和其他金融以外的经济专题
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一级分类:Physics        物理学
二级分类:Quantum Physics        量子物理学
分类描述:Description coming soon
描述即将到来
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2022-4-26 12:39:04
经济学家的量子技术*艾赛亚·赫尔+1,或萨塔特、埃莱尼·迪亚曼蒂和戈兰·温丁研究部,斯德哥尔摩斯维尔日里克斯银行,斯威登计算机科学系,本古里安大学,贝尔谢巴,以色列利普6,CNRS,巴黎索邦大学,75005,哥德堡查尔默斯理工大学,法国微技术和纳米科学系,关于量子技术的研究跨越了多个学科:物理学、计算机科学、工程学和数学。本手稿的目的是为以量子计算和量子货币为中心的经济学家提供一个关于这个新兴领域的易懂介绍。我们分三步进行。首先,我们讨论量子计算和量子通信的基本概念,假设有线性代数和统计学的知识,但没有计算机科学或物理学的知识。这涵盖了基本的主题,如量子比特、叠加、纠缠、量子电路、预言和不可克隆定理。第二,我们提供了量子货币的概述,这是量子通信文献的早期发明,最近已经在实验环境中部分实现。量子货币的一种形式提供了实物现金的隐私和匿名性,无需第三方参与交易的选择,以及借记卡支付的高效和便利。这些特征无法与任何其他形式的货币结合起来实现。最后,我们回顾了所有现有的用于求解和估计经济模型的算法的量子加速比。这包括函数逼近、线性系统分析、蒙特卡罗模拟、矩阵求逆、主成分分析、线性回归、插值、数值微分和真实随机数生成。
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2022-4-26 12:39:10
我们还将讨论实现量子加速的困难,并评论关于量子计算可以实现什么的常见误解。关键词:量子计算,计量经济学,计算经济学,货币,中央银行。JEL分类:C50、C60、E40、E50。*本文中表达的观点由作者全权负责,不应被解释为反映了瑞典央行的观点。+通讯地址:瑞典斯德哥尔摩瑞典瑞典银行研究部,SE-103 37。电子邮件:以赛亚。hull@riksbank.se.电话:+46 076 589 0661。传真:+46 8 0821 05 31.1简介量子技术领域分为四大领域:量子计算、量子模拟、量子通信和量子传感。量子计算的中心是利用量子物理现象,如超位错和纠缠,来进行计算。量子模拟涉及开发和使用专门的设备来模拟特定的量子物理过程。量子通信研究如何利用量子现象在各方之间安全地传输信息。量子传感和计量学利用量子现象制造出比现有经典技术更精确的传感器和测量设备。关于量子技术的研究主要局限于计算机科学家、物理学家、工程师和数学家之间的讨论。
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2022-4-26 12:39:16
本手稿的目的是扩大对话范围,将经济学家包括在内,重点放在量子技术可能与该学科相关的两个领域:(1)使用量子计算来解决和估计经济模型;(2)使用量子通信来构造称为“量子货币”的货币形式,这种货币具有不利用量子现象就无法实现的新特性。我们对量子计算的研究将主要集中在量子算法上,但也将简要概述开发量子计算设备的实验效果。同样,我们对量子货币的讨论将集中在理论构建上,但也将回顾其实现的实验进展。在整个手稿中,我们假设读者没有物理知识,但熟悉概率论和线性代数。此外,我们将提供足够的低层次细节,以使对量子技术有更广泛兴趣的经济学者能够看到Johnson等人(2014)对量子模拟的概述;Gisin和Thew(2007)对quantumcommunication进行了概述;以及Giovannetti等人(2011年)和Degen等人(2017年)对量子传感和计量学的概述。确定现有文献的切入点,并为novelresearch做出贡献。例如,计量经济学家将能够确定在构建常见经典算法的量子版本时存在哪些问题,如普通最小二乘法(OLS)和主成分分析(PCA)。我们将从初步材料概述开始对量子计算和量子货币的探索,将自己局限于狭义的主题选择,这将为理解基本算法和货币方案提供基础。
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2022-4-26 12:39:22
本材料涵盖量子计算机及其功能的数学和符号描述,包括量子态的创建和操纵的描述。它还涵盖了与量子货币计划构建相关的理论。本节的部分目的是交流量子物理现象,如叠加、纠缠和无克隆定理如何提供新的计算和密码资源。我们还将看到如何使用量子操作来操纵量子态来执行计算。这包括描述什么类型的操作是允许的,以及如何将其转化为数学。一旦操作完成,计算完成,我们必须将结果加载到一台计算机上。由于结果是量子态的形式,我们需要进行测量,这是一个产生经典态的过程,类似于采样。理解测量将阐明为什么量子计算机不仅仅是具有并行计算特殊能力的经典计算机:我们只能输出和输入一样多的经典信息。除了提供量子计算的数学和符号描述外,我们还将讨论以量子电路的形式实现计算的实用性。这种电路可以进行经典模拟,也可以在量子计算机上运行。我们还将介绍计算机科学中的预言概念,在某些情况下,我们将使用它来确定量子加速比的大小;以及不可克隆定理(Wootters和Zurek,1982),这对量子货币方案的构建至关重要。在覆盖了初步材料之后,我们将讨论预测学家感兴趣的两个主题:量子货币和量子算法。
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2022-4-26 12:39:28
Wiesner(1983)给出的量子货币最初的动机是构造一种“物理上不可能伪造”的货币形式这与现有形式的货币截然不同,现有形式的货币不利用量子现象,因此容易受到造假者的攻击。除了对线程和墨水进行反向工程,并破坏加密方案外,攻击者原则上还可以逐点甚至逐原子复制任何“经典”形式的货币,因为没有任何物理法律禁止它。事实上,这种攻击不仅仅是理论上的兴趣。造假需要昂贵的定期纸币和硬币重新设计,并迫使公众进行货币检查(Quercioli和Smith,2015)。国家行为体还利用造假来规避国际制裁和进行经济战。在货币发展之前,黄金和其他形式的商品货币依赖于内在价值、自然稀缺性和广泛的认知能力,以保护其价值免受攻击。即使有这些天然优势,高质量的假货仍然被生产出来,并传递给不知情的商人。与现有的货币形式不同,量子货币受到不可克隆定理的保护,这使得物理定律无法伪造。在这里,我们使用“经典”一词来表示货币或支付工具没有利用量子物理现象。大规模造假一直是试图破坏公众对货币体系信心的一种手段。例如,在第二次世界大战期间,一个名为“伯恩哈德行动”的纳粹阴谋利用犹太囚犯,试图伪造大量英国镑,意图通过空投进行流通(Pirie,1962)。英格兰银行的回应是从流通中撤回5英镑以上的纸币。
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