光子金融科技研究与探索

光子通信在金融领域的应用

数字化转型正在推动金融业务的融合和创新，同时也提高了对金融机构网络能力的要求。商业银行普遍应用的传统局域网面临诸多问题，例如网络结构复杂、布线占用空间大、维护难度高、覆盖距离短等，难以适应现阶段与未来的业务发展需求，亟需构建一种安全、稳定、高效且经济的局域网络架构，便于今后的升级和再配置，从而更好地适应金融业数字化转型发展的办公新模式。

华夏银行乌鲁木齐分行面向光子金融科技中的“光子通信”方向，采用了全光局域网，以适应银行业务需求，不仅降低了设备的能耗，还减少了系统故障的发生，并提高了系统的可靠性。在具体实施过程中，构建了包括“3个确定+1个实施”的科学工作流程，即：确定业务场景、确定并发带宽、确定组网类型，并实施全光网络布线。在网络划分方面，根据功能区域划分为内部网络和外部网络。技术选型方面，运用千兆无源光网络技术方案构建企业级局域网，该方案的系统架构能够有效保护用户数据信息安全与用户传输网络数据隐私，具有极高的安全性。

全光局域网为商业银行智慧运营场景提供了一种基于光子科技的全新通信解决方案，通过使用全光网络技术对银行办公环境进行改造，不仅能够提高网络安全保障能力和设备可靠性，还实现了光纤直接入网，建造性价比高。项目所构建的全光局域网使网络结构更加扁平化，简化了运行维护的流程，大大降低了传输网络时延，提高了数据传输质量。全光网络不仅能够提升当前的网络性能，还为未来业务的发展奠定了坚实的基础，不仅增强了网络的安全性和稳定性，还在成本效益方面具有显著优势，是现代网络建设的理想选择。

光子数据转化在金融领域的应用

光子数据转化是光子数据治理中的关键环节之一。在进行光子计算前，需要通过光子数据转化技术将电信号或其他形式的信息转化为光信号来进行计算。同样，在返回结果时，也需要通过光子数据转化技术将光信号再次转化为电信号或其他形式的信息。可以说，光子数据转化是连接光子计算系统和经典计算系统的桥梁纽带，既是光子计算的第一步也是最后一步。

华夏银行与光子科技前沿机构携手，共同开展光子数据转化技术的探索。在数据转化过程中，核心设备尤为重要，包括数模转换器、光调制器和模数转换器。在权重与数据加载阶段，首先通过数模转换器将数字电信号中的数据和权重转变为模拟电信号，再利用光调制器将这些模拟信号转换为光信号。在结果解码阶段，光学接收器接收光信号并将其解调为模拟电信号，随后模数转换器再将这些模拟信号转换回数字信号，形成最终的矩阵运算结果。光子数据转化技术为光子计算提供了算料的制备能力，助力光子计算在金融领域处理复杂的业务数据和解决相关问题。

光子计算在金融领域的应用

华夏银行基于光子计算技术开展创新应用研究，将其应用于风险价值评估和账户欺诈检测等典型业务场景，从而以光子金融科技助力数字经济时代下金融行业实现数字化转型发展的目标。

在商业银行风险价值计量场景中，由于金融市场数据量巨大，且具有瞬息万变的特性，金融从业人员一直被如何高效、准确地计算风险价值所困扰。华夏银行运用光子神经网络算法创新性地替代了传统的蒙特卡洛方法，依托光互连技术，利用其传输速度优势，助力金融专业人士迅速模拟资产路径数据，并进行高效计算，以实现对风险价值的快速评估。在模型构建的过程中，首先根据光子计算的加速特性，搭建了用于密集矩阵运算的风险价值评估神经网络框架，并进行了参数初始化。而后，利用数据准备阶段获得的训练数据集，训练出运行于光子计算设备上的风险价值计量神经网络模型。研究结果表明，使用光子深度神经网络算法模型进行推理的计算速度明显超过了传统算法；并且光子深度神经网络算法模型可以在低工艺制程（28纳米芯片）获得更优于先进制程（8纳米芯片）的计算速度优势。这一创新性应用研究不仅在技术上取得了突破，也为金融风险管理带来了新的可能性。

银行账户欺诈检测是金融领域重要业务场景之一。通过分析涉嫌欺诈账户和欺诈行为的交易记录，可以发现潜在的欺诈活动。为了提升计算效率和模型的准确性，项目团队运用光子计算技术，将欺诈识别的社区发现问题转化为二次无约束二值优化问题，并使用光子计算进行求解。实证数据显示，通过光子芯片计算的结果较现有算力有上百倍的速度优势。随着交易数据规模的不断扩大，光子计算模型有望在处理更大规模的交易图数据时，进一步提升计算效率和模型准确性。这将为银行账户欺诈识别提供更强大的技术支持，从而进一步助力提升金融系统的安全性和稳定性。

光子密码学在金融领域的应用

华夏银行与光子科技相关合作伙伴携手，以光子隐私计算在联合风控中的应用研究为抓手，创新将光子密码学引入金融科技，为金融机构提供了一种新策略，旨在确保数据安全和合规性的前提下充分发掘数据要素潜力。项目团队基于光子科技赋能全同态加密技术CKKS，对授信额度数据进行了高度安全的加密处理。在硬件选择上，所采用的光子芯片是由薄膜铌酸锂材料制成的，该材料以高调制速度、高带宽和低损耗等优势著称。其调制速度能够达到数十GHz级别，与仅数十KHz的传统热光调制相比，性能有着若干个数量级的提高。该光子芯片能够在几GHz甚至数十GHz的工作频率下运行，显著增强了计算性能。在算法加速上，CKKS加密算法的公钥生成、加密和解密过程涉及多项式环上的乘法运算，其中包含了向量间的Hadamard积运算。光子计算的高并行，能够显著加快这一过程，通过使用光子芯片加速Hadamard积运算，可以最终提升CKKS加密算法的整体效率。

实证结果显示，利用光子芯片加速Hadamard积运算，将改进的CKKS技术应用于联合征信场景中，光子隐私计算输出值和真实值误差仅为0.087%，满足基本需求；光子计算使CKKS中的Hadamard积运算效率提高约32倍。若在加法同态加密中使用Paillier算法，其效率比明文运算慢约200万倍，密文运算需10分钟，难以满足很多场景的需求；使用改进的CKKS技术通过光子计算可将密文运算时间缩短约200倍，仅需约3秒钟，从而大大提高运算效率。

光子科技作为一门新兴的科学技术正在迅速发展，并逐渐走向成熟阶段，在金融领域已展现出广阔应用前景。华夏银行基于光子金融科技“4C框架”开展光子通信、光子数据转化、光子计算和光子密码学应用研究，并进一步探索将“4C框架”扩展至“6C”甚至更多方向，从而进一步涵盖光子数据存储（Optical Collection of Data）及光子云（Optical Cloud）等领域，以期为光子金融科技的应用落地提供更加广阔的思路。