La Ingeniería de Software Cuántico (Q-SE) requiere herramientas que permitan analizar de manera reproducible y cuantitativa el comportamiento funcional de algoritmos cuánticos, más allá de su corrección global. En este trabajo se presenta SMEF (Software Engineering Module Evaluation Framework), un marco de atribución funcional basado en valores de Shapley, orientado a cuantificar la contribución de bloques funcionales dentro de una implementación cuántica bajo métricas explícitas definidas por el analista. El marco evalúa configuraciones parciales del circuito que preservan el orden físico de ejecución, permitiendo descomponer el comportamiento global en contribuciones funcionales atribuibles a cada bloque, en coherencia con la semántica operacional del algoritmo y con las propiedades axiomáticas del mecanismo de atribución empleado. SMEF no busca reinterpretar la dinámica cuántica subyacente, sino proporcionar métricas funcionales reproducibles y comparables, útiles para actividades propias de la Q-SE, tales como auditoría, validación, comparación sistemática de implementaciones y detección de anomalías funcionales. La propuesta se valida mediante dos casos de estudio: (i) la búsqueda sobre hipercubos del algoritmo SKW y (ii) la etapa de estimación de fase (QPE) del algoritmo de Shor. En ambos casos, los perfiles de contribución obtenidos resultan coherentes con el rol funcional esperado de los bloques analizados y permiten identificar desviaciones funcionales sin necesidad de inspeccionar el circuito a nivel de compuertas.
La Ingeniería de Software Cuántico (Q-SE) requiere herramientas que permitan analizar de manera reproducible y cuantitativa el comportamiento funcional de algoritmos cuánticos, más allá de su corrección global. En este trabajo se presenta SMEF (Software Engineering Module Evaluation Framework), un marco de atribución funcional basado en valores de Shapley, orientado a cuantificar la contribución de bloques funcionales dentro de una implementación cuántica bajo métricas explícitas definidas por el analista. El marco evalúa configuraciones parciales del circuito que preservan el orden físico de ejecución, permitiendo descomponer el comportamiento global en contribuciones funcionales atribuibles a cada bloque, en coherencia con la semántica operacional del algoritmo y con las propiedades axiomáticas del mecanismo de atribución empleado. SMEF no busca reinterpretar la dinámica cuántica subyacente, sino proporcionar métricas funcionales reproducibles y comparables, útiles para actividades propias de la Q-SE, tales como auditoría, validación, comparación sistemática de implementaciones y detección de anomalías funcionales. La propuesta se valida mediante dos casos de estudio: (i) la búsqueda sobre hipercubos del algoritmo SKW y (ii) la etapa de estimación de fase (QPE) del algoritmo de Shor. En ambos casos, los perfiles de contribución obtenidos resultan coherentes con el rol funcional esperado de los bloques analizados y permiten identificar desviaciones funcionales sin necesidad de inspeccionar el circuito a nivel de compuertas.
La Ingeniería de Software Cuántico (Q-SE) requiere herramientas que permitan analizar de manera reproducible y cuantitativael comportamiento funcional de algoritmos cuánticos, más allá de su corrección global. En este trabajo se presenta SMEF (Software Engineering Module Evaluation Framework), un marco de atribución funcional basado en valores de Shapley, orientado a cuantificar la contribución de bloques funcionales dentro de una implementación cuántica bajo métricas explícitas definidas por el analista. El marco evalúa configuraciones parciales del circuito que preservan el orden físico de ejecución, permitiendo descomponer el comportamiento global en contribuciones funcionales atribuibles a cada bloque, en coherencia con la semántica operacional del algoritmo y con las propiedades axiomáticas del mecanismo de atribución empleado. SMEF no busca reinterpretar la dinámica cuántica subyacente, sino proporcionar métricas funcionales reproducibles y comparables, útiles para actividades propias de la Q-SE, tales como auditoría, validación, comparación sistemática de implementaciones y detección de anomalías funcionales. La propuesta se valida mediante dos casos de estudio: (i) la búsqueda sobre hipercubos del algoritmo SKW y (ii) la etapa de estimación de fase (QPE) del algoritmo de Shor. En ambos casos, los perfiles de contribución obtenidos resultan coherentes con el rol funcional esperado de los bloques analizados y permiten identificar desviaciones funcionales sin necesidad de inspeccionar el circuito a nivel de compuertas.
Este trabajo se enfoca en el estudio detallado del algoritmo de Shor y su implementación en el contexto de la computación cuántica. El objetivo principal es explorar este algoritmo y extraer de él estrategias y/o patrones que puedan ser aplicables a otros contextos. En particular, se hace un análisis del algoritmo de estimación de fase cuántica (QPE) como una herramienta fundamental para la obtención de la periodicidad en funciones complejas, como la exponencial modular. Se presenta además una adaptación del QPE para explorar la periodicidad en la secuencia de Fibonacci modulada; función escogida principalmente por su amplia implicación en diversas áreas científicas y tecnológicas. Así, son revelados resultados interesantes sobre la aplicabilidad del algoritmo de Shor más allá de su uso en factorización de enteros. Mediante simulaciones utilizando el software Qiskit, se demuestra que el QPE es capaz de identificar correctamente el periodo de la secuencia de Fibonacci bajo ciertos módulos. Sin embargo, la identificación resulta fallida para el resto de consideraciones, lo que presenta una posible limitación o sesgo en el algoritmo. Debiéndose esta a la falta de optimización del circuito o a la ineficacia de la estructura propuesta. Finalmente, se discuten posibles optimizaciones del algoritmo y se proponen líneas de investigación a seguir para profundizar en la identificación de la eficacia y las limitaciones del algoritmo.
Este trabajo se centra en el estudio de algoritmos de computación cuántica, con una introducción general al marco teórico de la computación cuántica, su naturaleza, estado actual y potencial en la resolución de problemas complejos. En particular, se aborda el uso de algoritmos cuánticos en tareas de optimización, un área de gran relevancia. Se analizarán problemas de optimización de funciones, enfocándonos en la optimización de diferentes tipos de potenciales. Para ello, se implementará el algoritmo QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm), uno de los algoritmos cuánticos más representativos en este ámbito. Con el objetivo de contextualizar su rendimiento, se compararán sus resultados con los obtenidos mediante algoritmos clásicos de optimización como el método del descenso del gradiente y el método de Newton. El estudio incluirá tanto una comparación cuantitativa en términos de precisión, tiem- po de ejecución y calidad de la solución, como un análisis cualitativo de las diferencias entre enfoques clásicos y cuánticos. Asimismo, se examinará la influencia de los hiperparámetros de cada algoritmo sobre su rendimiento, con el propósito de identificar patrones o relaciones que permitan optimizar su configuración para distintos tipos de problemas.
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 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 la formación de futuros profesionales en ciencia e ingeniería por medio de la educación STEAM (Science, Technology, Enginnering, Arts and Mathematics) y la alfabetización científica y Tecnológica (ACyT) se hace fundamental el uso, dominio y creación de software educativo que enfatice en el proceso de enseñanza y aprendizaje de una forma más clara, simple y sencilla. El algoritmo de Shor presenta en su implementación una revolución en los sistemas de criptografía actuales, mezclando conceptos clásicos y cuánticos junto con la estructura computacional (circuito) durante su plementación y funcionamiento; por este motivo, lo hacen uno de los algoritmos computacionales más difíciles de comprender y estudiar, además, la bibliografía no es suficiente, debido a que se presentan escasos ejemplos que permitan apreciar el desarrollo del algoritmo de Shor. Con esto en mente, el grupo de física e informática FISINFOR de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas desarrolla un nuevo recurso educativo-computacional en busca de reducir el tiempo necesario de aprendizaje y enseñanza del algoritmo de Shor con la creación del software llamado Software Education Quantum Shor Algorithm (abreviado como SEQSA). SEQSA cumple con las directrices enmarcadas en la Norma ISO 9126 y el modelo de evaluación de software educativo del Instituto Latinoamericano de la Comunicación Educativa en la Unidad de Investigación y Modelos Educativos. De igual forma, se aplican los estándares establecidos por el Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación (COLCIENCIAS) según lo dispuesto en la resolución 000284-2004 como métricas de evaluación de calidad del software para realizar su inscripción.