El notable desarrollo de la computación cuántica surge en respuesta a la necesidad de abordar problemas que resultan intratables para las computadoras convencionales. No obstante, es fundamental destacar que la computaci ón cuántica no reemplazará a la computación tradicional, sino que ambas coexistirán en sistemas híbridos. Similar al escenario observado en el ámbito del software convencional, se vuelve obligatorio evaluar la calidad de estos sistemas híbridos emergentes, con un enfoque particular en su mantenibilidad para asegurar su escalabilidad. En el presente trabajo, introducimos un marco metodológico y tecnológico pionero que comprende un conjunto de propiedades y métricas, así como una serie de herramientas automatizadas diseñadas para la mantenibilidad del software híbrido.
El notable desarrollo de la computación cuántica surge en respuesta a la necesidad de abordar problemas que resultan intratables para las computadoras convencionales. No obstante, es fundamental destacar que la computaci ón cuántica no reemplazará a la computación tradicional, sino que ambas coexistirán en sistemas híbridos. Similar al escenario observado en el ámbito del software convencional, se vuelve obligatorio evaluar la calidad de estos sistemas híbridos emergentes, con un enfoque particular en su mantenibilidad para asegurar su escalabilidad. En el presente trabajo, introducimos un marco metodológico y tecnológico pionero que comprende un conjunto de propiedades y métricas, así como una serie de herramientas automatizadas diseñadas para la mantenibilidad del software híbrido.
Este análisis examina el campo de la computación cuántica y el desarrollo de software cuántico basado en una selección de artículos relevantes. La investigación revela que la computación cuántica ha pasado de ser un concepto teórico a una realidad práctica, con computadoras cuánticas ahora accesibles para todos a través de servicios en la nube o simulaciones. Los artículos discuten diversos aspectos relacionados con la computación cuántica, incluyendo tecnologías, metodologías y orientación práctica para desarrolladores que se aventuran en proyectos de software cuántico. Una tendencia emergente identificada es la necesidad de la ingeniería de software cuántico, ya que el campo carece de modelos, estándares y métodos establecidos para la creación y migración de sistemas. Una comparación y síntesis de los artículos resalta los avances y desafíos en el campo, así como las lagunas y áreas para futuras investigaciones. En general, este análisis destaca la importancia creciente de la computación cuántica y proporciona una visión crítica sobre su desarrollo y potencial impacto en la industria y la sociedad.
El auge de la computación cuántica ha abierto un nuevo paradigma en el procesamiento de la información, prometiendo superar los límites de la computación clásica. Sin embargo, el desarrollo de arquitecturas de software que puedan explotar plenamente este potencial es aún un campo de estudio constante, lleno de desafíos sin precedentes. Este artículo presenta los resultados reportados después de realizar una Revisión Sistemática de la Literatura sobre las arquitecturas de software desde el punto de vista del contexto de la computación cuántica, destacando las tendencias emergentes y delineando los principales desafíos que enfrenta este campo. Mediante un enfoque metodológico formal y riguroso, se identificó y analizó un total de 17 estudios considerados primarios, identificando patrones clave, metodologías de diseño y estrategias de implementación que están guiando la evolución de las arquitecturas de software cuánticas. Los resultados muestran una concentración de esfuerzos en la estandarización de protocolos, la seguridad cuántica y la escalabilidad, así como una creciente preocupación por la interoperabilidad con sistemas clásicos y la abstracción de la complejidad cuántica para los desarrolladores. Este estudio proporciona una consolidación crítica del conocimiento existente y establece una base para futuras investigaciones, señalando áreas emergentes y oportunidades para innovaciones disruptivas en el diseño y aplicación de software cuántico.
La computación cuántica ha evolucionado desde una disciplina teórica hasta convertirse en una realidad tecnológica emergente. Aunque los principales proveedores en la nube ya ofrecen acceso a hardware cuántico real, su adopción en sistemas reales sigue limitada por importantes desafíos de software. Entre ellos se encuentran la heterogeneidad del hardware, los ecosistemas específicos de cada proveedor, los modelos de programación de bajo nivel, los elevados costes de ejecución, los tiempos de espera y la falta de metodologías de ingeniería comparables a las del desarrollo clásico. En este contexto, la Ingeniería del Software Cuántico (QSE) surge como un área clave para cerrar la brecha entre las tecnologías cuánticas y las prácticas consolidadas de la ingeniería del software. Esta tesis doctoral por compendio investiga cómo avanzar de forma sistemática en QSE en entornos de computación cuántica como servicio, acercando el desarrollo cuántico a paradigmas clásicos mediante abstracción y gestión eficiente de recursos. El trabajo propone reducir la fragmentación entre proveedores adaptando patrones y conceptos de la computación clásica. En particular, presenta: (i) un análisis de la heterogeneidad de las principales plataformas cuánticas y el diseño de una capa de acceso independiente del proveedor; (ii) mecanismos de traducción para la ejecución portable de circuitos; (iii) estrategias de consolidación de cargas de trabajo a nivel de circuito; y (iv) un modelo de ejecución híbrido que integra multi-programación y ejecución distribuida basada en disparos. En conjunto, la tesis demuestra que adaptar principios consolidados de ingeniería mejora la viabilidad y sostenibilidad de la computación cuántica.
La computación cuántica surge como un paradigma de procesamiento de información radicalmente distinto al clásico, al apoyarse en fenómenos propios de la mecánica cuántica —como la superposición y el entrelazamiento— para operar con cubits en lugar de bits. Los recientes avances en el desarrollo de computadores cuánticos han despertado un creciente interés entre estudiantes, docentes, investigadores y profesionales de la informática clásica. Estos se enfrentan a desafíos únicos, no solo por la incipiente madurez de la tecnología cuántica, sino también por la necesidad de ampliar su formación en varios frentes. Comprender el álgebra y la física subyacentes, abordar nuevas nociones de complejidad computacional y explorar dominios de aplicación en los que la computación clásica tiene poca presencia son algunos de los principales retos que deben afrontar. En respuesta a estos retos surge una oferta de literatura y de propuestas educativas que, además de dinámica, es muy variada en enfoque y nivel de complejidad. Definir y sostener un recorrido de aprendizaje ajustado a las expectativas y bases de cada individuo constituye un primer desafío, a veces inexpugnable. En este artículo se presentan avances en pos de entender mejor dicho desafío, tomando como base las experiencias de dos estudiantes avanzados de grado de informática que abordaron el tema mediante estrategias y fuentes de consulta distintas.Dicho análisis busca extraer lecciones sobre los métodos de apropiación de conocimientos en este campo emergente de la informática, con especial énfasis en estudiantes provenientes de la computación tradicional.
La computación cuántica plantea nuevos desafíos para la ingeniería de software, particularmente en la especificación de requerimientos funcionales (FR), no funcionales (NFRs) y en el diseño arquitectónico de sistemas híbridos clásico-cuánticos. Este artículo plantea un mapeo sistemático de la literatura con el objetivo de analizar cómo se abordan FR, NFRs y las decisiones arquitectónicas en la ingeniería de software clásica y cómo estos enfoques están siendo adaptados al dominio cuántico. Los resultados evidencian que la ingeniería de software cuántico hereda marcos consolidados de ámbito clásico, como el uso de SRS, estándares de calidad como ISO/IEC 25010 y estilos arquitectónicos como capas, modular y SOA. Sin embargo, se identifican brechas significativas al trasladar estos enfoques al contexto cuántico, debido a la naturaleza probabilística de los algoritmos, la presencia de ruido, decoherencia y las restricciones del hardware. Asimismo, se observa la ausencia de métricas estandarizadas y metodologías maduras para validar requerimientos de calidad en entornos híbridos QPU-CPU. En el presente trabajo se concluye que, aunque existe una base conceptual heredada del paradigma clásico, es necesario desarrollar marcos específicos que integren requerimientos y arquitecturas adaptadas a las particularidades de la computación cuántica.
En esta tesis se presentan trabajos encaminados a resolver el problema del ruido en los sistemas cuanticos. En el ambito de la informacion cuantica, se estudia de forma sistematica una familia de protocolos de destilacion cuantica para qudits. En lo tocante a la correccion cuantica de errores, se introducen nuevos codigos de caracter topologico y tecnicas especificas para su manipulacion. Finalmente, se exploran nuevas formas de orden topologico y nuevos mecanismos para explotarlo de cara a realizar computaciones cuanticas. De los estudios presentados en esta tesis se desprende claramente que el estudio de las propiedades topologicas en informacion y computacion cuanticas, asi como en sistemas fuertemente correlacionados en materia condensada, es un tema de investigacion con numerosas preguntas abiertas que en la actualidad son objeto de intensa actividad investigadora.