Quantum Economics and Finance: An Applied Mathematics Introduction, 3rd Edition PDF by David Orrell

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Quantum Economics and Finance: An Applied Mathematics Introduction, Third Edition

By David Orrell

Quantum Economics and Finance An Applied Mathematics Introduction, Third Edition

Contents:

Introduction 1

1 Why quantum? 9

1.1 Not so strange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.2 A quantum of value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.3 Transactions as a measurement process . . . . . . . . . . . . . 12

1.4 Entanglements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.5 Money creation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.6 Quantum economic person . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.7 Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.8 How much . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.10 Further reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2 Some basics 25

2.1 The Hilbert space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.2 Quantum measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.3 Example: a binary decision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.4 Entropic force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.5 Density matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.6 Quantum coin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.7 Two-state systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.8 Complications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.10 Further reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3 Quantum propensity 41

3.1 Expected utility theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.2 Behavioural economics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.3 The sure thing effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.4 The unsure thing effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.5 Loss aversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.6 Ellsberg paradox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.7 Allais effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.9 Further reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

4 Mental interference 53

4.1 Wave splitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.2 Projection sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.3 The disjunction effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4.4 The attraction function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.5 The conjunction effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.6 The order effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.7 The quarter law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

5 Computing in colour 65

5.1 Qubits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

5.2 Basic logic gates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5.3 Gates on multiple qubits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

5.4 Circuit representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

5.5 Example: An entanglement circuit . . . . . . . . . . . . . . . . 71

5.6 Example: The quantum walk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

5.7 Example: Quantum learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

5.8 Quantum programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

5.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

5.10 Further reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

6 The quantum walk 79

6.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

6.2 The classical random walk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

6.3 The quantum version . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

6.4 Quantum diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

6.5 Decoherence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

6.6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

6.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

7 Option pricing 91

7.1 Walking the line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

7.2 Quantum fluctuations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

7.3 The binomial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

7.4 Pricing options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

7.5 Quantum anomalies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

7.6 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

7.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

8 Quantum games 105

8.1 The penny flip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

8.2 The prisoner’s dilemma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

8.3 Quantum rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

8.4 Entangled prisoners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

8.5 The projection game . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

8.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

9 Quantum oscillations 117

9.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

9.2 Quantize this . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

9.3 The harmonic oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

9.4 Creation and annihilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

9.5 Coherent state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

9.6 Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

9.7 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

9.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

9.9 Further reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

10 Probabilistic supply and demand 131

10.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

10.2 Case with single buyer and seller . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

10.3 Market makers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

10.4 Multiple agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

10.5 Effects on price flexibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

10.6 Entropic force interpretation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

10.7 The entropic oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

10.8 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

10.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

10.10Further reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

11 Quantized supply and demand 145

11.1 The quantum financial oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

11.2 Quantum mass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

11.3 Quantum versus classical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

11.4 A model of stock markets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

11.5 Price impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

11.6 The quantum supply-demand curve . . . . . . . . . . . . . . . . 156

11.7 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

11.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

11.9 Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

12 The quantum market 165

12.1 Financial bosons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

12.2 Monetary exchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

12.3 Cash flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

12.4 Quantum (in)security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

12.5 The colour of money . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

12.6 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

12.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

12.8 Further reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

13 Entanglements 175

13.1 Preference reversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

13.2 Mortgage default . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

13.3 A quantum of debt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

13.4 Social entanglement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

13.5 Financial entanglement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

13.6 Entanglement versus correlation . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

13.7 Derivatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

13.8 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

13.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

13.10Further reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

14 Building quantum models 189

14.1 Principles for modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

14.2 Probabilistic transactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

14.3 Option pricing with supply and demand . . . . . . . . . . . . . 193

14.4 Quantum agent-based models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

14.5 The market maker model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

14.6 New foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

14.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

15 Quantum gateway 205

15.1 The will is our pendulum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

15.2 A new operating system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

15.3 Shut up and calculate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

15.4 Reasons to be quantum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

15.5 The prediction test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

15.6 Quantum by another name . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

15.7 Quantum calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Bibliography 219

Index 233

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