Este preprint documenta los resultados empíricos de tres experimentos ejecutados en el procesador cuántico ibm_kingston (Heron R2) utilizando un circuito de vórtice de 4 cúbits sin mitigación digital de errores. El trabajo analiza la estructura no uniforme del ruido cuántico y evalúa la hipótesis del ángulo del observador mediante la rotación del parámetro de fase PHI. Resultados clave:- Experiment 1 (PHI=0.7131): Se observa un atractor dominante en el estado |0011⟩ con una fidelidad cruda del 81.84% (3,353/4,096 disparos) a profundidad ISA 29. La distribución de los estados secundarios muestra una inversión de la distancia de Hamming incompatible con los modelos de ruido depolarizante isotrópico tradicional (los estados DH=1 están suprimidos por debajo del 1.5%, mientras que los estados DH=3 están elevados a ~3%).- Experiment 2 (PHI=2.0): Confirma la invariancia geográfica de los cuatro estados secundarios en el espacio de estados, variando únicamente su magnitud tras la rotación de fase.- Experiment 3: Reporta un resultado negativo constructivo en una extensión de 6 cúbits, delimitando las fronteras críticas de la transpilación en hardware físico. Este documento sirve como el fundamento experimental y la primera entrega de la serie de investigación ITZAMNA, extendida posteriormente a sistemas de gran escala (117 cúbits). Todos los Job IDs de IBM Quantum Platform están incluidos para su verificación pública independiente.
Este preprint documenta los resultados empíricos de tres experimentos ejecutados en el procesador cuántico ibm_kingston (Heron R2) utilizando un circuito de vórtice de 4 cúbits sin mitigación digital de errores. El trabajo analiza la estructura no uniforme del ruido cuántico y evalúa la hipótesis del ángulo del observador mediante la rotación del parámetro de fase PHI. Resultados clave:- Experiment 1 (PHI=0.7131): Se observa un atractor dominante en el estado |0011⟩ con una fidelidad cruda del 81.84% (3,353/4,096 disparos) a profundidad ISA 29. La distribución de los estados secundarios muestra una inversión de la distancia de Hamming incompatible con los modelos de ruido depolarizante isotrópico tradicional (los estados DH=1 están suprimidos por debajo del 1.5%, mientras que los estados DH=3 están elevados a ~3%).- Experiment 2 (PHI=2.0): Confirma la invariancia geográfica de los cuatro estados secundarios en el espacio de estados, variando únicamente su magnitud tras la rotación de fase.- Experiment 3: Reporta un resultado negativo constructivo en una extensión de 6 cúbits, delimitando las fronteras críticas de la transpilación en hardware físico. Este documento sirve como el fundamento experimental y la primera entrega de la serie de investigación ITZAMNA, extendida posteriormente a sistemas de gran escala (117 cúbits). Todos los Job IDs de IBM Quantum Platform están incluidos para su verificación pública independiente.
Durante la evolución de un cúbit, su estado cuántico puede adquirir una fase total (Pancharatnam), compuesta por una contribución dinámica y una contribución geométrica. La contribución geométrica a la fase total es determinada únicamente por la trayectoria seguida en el espacio de parámetros. Debido a esta dependencia geométrica, dichas fases han sido propuestas como un recurso potencialmente robusto frente a ciertos tipos de ruido y errores de control en sistemas cuánticos. En esta tesis se estudia la robustez de las fases de Pancharatnam y geométrica asociadas a la evolución de un cúbit, considerando trayectorias ruidosas sobre la esfera de Bloch. Para ello, se emplean circuitos cuánticos análogos a arreglos interferométricos utilizados para la medición de estas fases en cúbits de polarización. Se muestra la implementación de estos circuitos cuánticos, ejecutados en las computadoras cuánticas y simuladores de IBM, es decir, utilizando cúbits superconductores. Se analiza la influencia del ruido en dos escenarios: (i) promediando sobre un conjunto de trayectorias ruidosas y (ii) considerando una única trayectoria ruidosa. En el primer caso, los resultados muestran escenarios en los que la fase de Pancharatnam presenta una mayor robustez que la fase geométrica. En el segundo caso, las simulaciones revelan que la sensibilidad de las fases depende de la trayectoria elegida y de su parametrización, observándose que la robustez de los parámetros medidos está correlacionada con la derivada de la fase respecto al parámetro que controla la evolución. Estos resultados sugieren que la robustez observada de las fases en la metodología empleada no es general, sino que depende tanto de la trayectoria como de su parametrización, siendo la estabilidad de cada fase una propiedad relacionada a la forma en que se implementa la evolución del cúbit.
El problema de la flecha del tiempo y la reversibilidad son tópicos centrales de la historia de la Física. Con el advenimiento de las tecnologías cuánticas, se presenta la oportunidad de estudiar sistemas cuánticos individuales, vinculando los problemas mencionados con desafíos tecnológicos. Nuestro objetivo es investigar la irreversibilidad en procesadores cuánticos, en relación al estudio de distintos modelos de ruido. Para ello, generamos circuitos cuánticos aleatorios, seguido de sus circuitos inversos. Si el dispositivo considerado fuera ideal, deberíamos recuperar el estado inicial de la computadora cuántica (es decir, aquel en el que todos los n qubits involucrados en un circuito están en cero |000...⟩). Sin embargo, esto no es así en presencia de ruido. De esta forma, nos proponemos estudiar cómo se comporta la magnitud M = |⟨000...|f⟩|2 (donde |f⟩ es el estado final) para distintos tipos de ruido en circuitos cuánticos aleatorios. Esto puede pensarse como una estrategia similar a la que se utiliza para estudiar el eco de Loschmidt en sistemas de múltiples spines [2]. Usamos QISKIT [1] para calcular los valores de M asociados a dichos circuitos, utilizando simuladores de distintos prototipos de computadoras cuánticas, de forma tal de evaluar el solapamiento entre los estados finales y los iniciales, simulando mediciones de los estados finales. De esta forma, se obtienen histogramas que muestran las distribuciones de los valores de M asociados a los circuitos para distintos modelos de ruido. Los parámetros de las simulaciones son: el dispositivo cuántico simulado, el tipo de ruido, el número de qubits por circuito, y la profundidad del circuito (cantidad de capas de compuertas). De esta forma, se busca evaluar cómo se comporta la irreversibilidad en relación al ruido en distintas arquitecturas de procesadores cuánticos. Un objetivo a futuro es comparar los resultados obtenidos con lo que se obtendría con dinámicas No-Hermíticas [3].
Presentamos un circuito cuántico paramétrico original para la evaluación de riesgo de carteras de inversión, ejecutado en hardware cuántico real de IBM con 110 qubits —uno por cada activo financiero. El circuito codifica el riesgo individual de cada instrumento mediante compuertas de rotación RY parametrizadas y las dependencias entre activos mediante compuertas controladas CRY, cuyos ángulos se derivan de las correlaciones históricas. Al medir, la frecuencia de colapso al estado |1⟩ de cada qubit refleja un índice de riesgo que integra tanto el componente individual como el sistémico. El circuito se ejecutó en un procesador IBM Quantum Eagle (127 qubits físicos) con datos reales de mercado. Para validar los resultados se implementó un modelo de referencia clásico basado en propagación matricial sobre el mismo grafo de correlaciones, comparando ambos enfoques mediante correlación de rangos (Spearman ρ, Kendall τ) y desplazamiento de posiciones. Se cuantificaron correlaciones conectadas entre qubits como evidencia de comportamiento no trivial del circuito. Se construyeron carteras ponderadas inversamente al riesgo y se realizó una prueba retrospectiva contra el índice SPY. Se discute el camino hacia la ventaja cuántica.
Este Trabajo de Fin de Grado explora la implementación y análisis del protocolo BB84 de distribución cuántica de claves, integrando fundamentos teóricos de la mecánica cuántica con un desarrollo experimental en entornos de simulación y hardware cuántico real. El documento aborda, en primer lugar, los principios físicos esenciales para la seguridad de las comunicaciones, incluyendo fenómenos como el entrelazamiento, la superposición y la medición cuántica, así como los retos y ventajas que estas propiedades ofrecen frente a la criptografía clásica. Posteriormente, se presenta el estado del arte de la distribución cuántica de claves y de los sistemas cuánticos actuales, detallando arquitecturas, implementaciones y desarrollos recientes. En la parte experimental, se diseña y construye un circuito cuántico que implementa el protocolo BB84, incorporando las fases de generación de bits aleatorios, transmisión, recepción y detección de intentos de espionaje. Se realizan simulaciones parametrizadas con modelos de ruido realistas y se ejecutan pruebas en un procesador cuántico de IBM, evaluando el impacto de la tasa de error cuántico (Quantum Bit Error Rate (QBER)) sobre el éxito del protocolo.
La computación cuántica tiene una base teórica de más de tres décadas que muestra aceleraciones polinómicas y exponenciales sobre los algoritmos clásicos. Los procesadores que se construyen hoy, sin embargo, son ruidosos, pequeños y de conectividad limitada, aún lejos de aprovechar esa ventaja en problemas de escala real. Este trabajo es un estudio experimental que mide qué tan profunda es esa brecha para cuatro algoritmos cuánticos fundamentales: Bernstein–Vazirani, Simon, Grover sobre instancias de k-SAT y la estimación cuántica de fase. Para cada algoritmo se construyó una contraparte clásica de referencia y se evaluaron, por cada tamaño de entrada, todas las combinaciones posibles de tres modelos de ruido (error de lectura, despolarizante y relajación térmica) con tres topologías de hardware (ideal, lineal de 20 qubits y heavy-hex de 127 qubits, esta última inspirada en el chip ibm_brisbane). El estudio se hizo enteramente en simulación porque permite controlar de forma independiente cada parámetro del ruido y de la conectividad, condición necesaria para hacer comparaciones limpias entre escenarios. Cada uno de los 39 escenarios resultantes por tamaño se repitió 25 veces y los resultados se reportan con intervalo de confianza al 95 % calculado con la t de Student. Toda la infraestructura (algoritmos, generador de instancias, modelos de ruido, scripts de análisis e interfaz gráfica para exploración interactiva) queda reproducible y abierta. Los hallazgos principales son tres. Primero, la ventaja teórica sobrevive en los algoritmos de poca profundidad como Bernstein–Vazirani, mientras que en Grover y en la estimación de fase el ruido deteriora rápidamente el speedup a medida que crece el número de iteraciones. Segundo, el tipo de ruido importa tanto como su nivel: el error de lectura es el menos agresivo porque no se acumula con la profundidad del circuito, mientras que el despolarizante es el más severo. Tercero, la topología influye de forma indirecta pero significativa porque condiciona la cantidad de compuertas SWAP que el compilador debe insertar y, por esa vía, aumenta la profundidad efectiva del circuito. El framework, los datos y los análisis quedan disponibles para quien quiera prototipar pruebas de algoritmos cuánticos en la era NISQ sin depender de tiempo en hardware real.
En este trabajo de investigación se aborda el compromiso fundamental entre velocidad y fidelidad en la implementación de compuertas cuánticas, un desafío central para la computación cuántica escalable. Se propone y valida un protocolo teórico para ejecutar rotaciones selectivas ultrarrápidas en el eje X de un qubit acoplado a un resonador en el marco de la electrodinámica cuántica de circuitos (circuit-QED). A diferencia de los métodos de selectividad espectral estándar, que sufren de fugas de rotación en regímenes de alta potencia, nuestro enfoque abandona el ajuste fino de la desintonía. En su lugar, se utiliza un drive transversal resonante y de alta intensidad (ωq = ωL), partiendo del modelo cuántico de Rabi completo para explotar la interferencia de los términos contra-rotantes. El control de alta fidelidad se logra mediante la introducción de un segundo láser longitudinal modulado en frecuencia, que genera una condición de resonancia de banda lateral extremadamente precisa. La derivación de un Hamiltoniano efectivo y las correspondientes simulaciones numéricas en QuTiP demuestran el éxito del protocolo: se logra una rotación pura en X para un estado fotónico selecto en un tiempo de compuerta de aproximada mente 16 ns, mientras que la dinámica para los estados no selectivos es suprimida eficazmente, validando cuantitativamente el modelo teórico y ofreciendo una solución robusta al problema de las fugas de rotación.