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 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.
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 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.
El desarrollo vertiginoso de las tecnologías cuánticas marca una de las transiciones científicas y tecnológicas más profundas del siglo XXI. Durante décadas, la computación clásica, cimentada en la lógica booleana y el procesamiento de bits discretos, ha sido el motor fundamental de la transformación digital global. Sin embargo, los límites físicos de la miniaturización de semiconductores y la creciente complejidad computacional de problemas en optimización, criptografía y simulación de sistemas complejos han impulsado el surgimiento de un nuevo paradigma: la computación cuántica. La naturaleza intrínsecamente interdisciplinaria de la computación cuántica —que demanda el dominio convergente del álgebra lineal, la teoría de la información, la algorítmica y la ingeniería de hardware— exige superar las barreras departamentales tradicionales y definir nuevas estrategias de diseño curricular. A pesar del interés global por fomentar la alfabetización cuántica, la incorporación de estos contenidos en las mallas curriculares de pregrado y posgrado en América Latina y otras regiones en desarrollo suele ser fragmentaria, opcional o inexistente. Existe una falta de marcos orientadores claros que permitan evaluar cómo se está articulando esta disciplina en la educación superior y cuáles son los modelos pedagógicos más efectivos para su enseñanza. A partir de esta problemática, el presente estudio se articula en torno a la siguiente pregunta central de investigación: ¿De qué manera se está integrando la computación cuántica en los currículos universitarios y cuáles son las estrategias pedagógicas, estructurales e interdisciplinarias necesarias para consolidar su enseñanza efectiva en la educación superior?. Para dar respuesta al problema formulado, esta investigación establece como propósito central: analizar el estado actual, las dinámicas de integración y los desafíos curriculares de la computación cuántica en las instituciones de educación superior, con el fin de proponer un marco didáctico e interdisciplinario que oriente el diseño de programas académicos pertinentes y adaptados a las exigencias del entorno tecnológico contemporáneo.
Esta línea de investigación aborda el estudio y desarrollo de la Computación Cuántica desde una perspectiva integral de Ingeniería de Software, enmarcada en el tránsito actual desde la era NISQ hacia la era de tolerancia a fallos temprana. El proyecto se centra en seis ejes estratégicos: metodologías para el ciclo de vida del software cuántico (QSE), seguridad y coexistencia de sistemas criptográficos híbridos y blockchain, educación superior en programación cuántica, algoritmos variacionales híbridos, arquitecturas para laboratorios remotos y la experimentación directa con hardware de Resonancia Magnética Nuclear (RMN). A través de la colaboración interuniversitaria y la integración de hardware real (como el procesador SpinQ Triangulum), se busca no solo la producción científica de impacto —con resultados ya publicados en foros internacionales como Springer CCIS—, sino también la formación de recursos humanos capaces de enfrentar la "amenaza” cuántica y de aprovechar las oportunidades de la utilidad cuántica en optimización y simulación. Esta línea de investigación combina el rigor teórico con la validación experimental, para desarrollar las competencias necesarias y hacer frente a los desafíos que plantea la próxima revolución computacional.
El interés por la computación cuántica ha crecido exponencialmente en los últimos años debido a su potencial para influir en un amplio número de tecnologías, potenciando muchas de ellas al tiempo que supone una amenaza para la seguridad de otras. Por consiguiente, esta tecnología tendrá inevitablemente un impacto social. Ciertas organizaciones necesitarán incorporar componentes cuánticos a sus sistemas para mantenerse competitivas. Ejemplos de estos componentes son los algoritmos capaces de resolver problemas que antes eran irresolubles en un tiempo razonable para la computación clásica o los nuevos protocolos de seguridad post- cuánticos, entre muchos otros. Por lo tanto, es probable que el desarrollo de los futuros sistemas de información se vea afectado por este nuevo paradigma de computación. La implementación de componentes cuánticos en los sistemas de información no implica que los sistemas de información actuales (clásicos) vayan a ser sustituidos en su totalidad por sistemas de información totalmente cuánticos. Por el contrario, se producirá una evolución hacia sistemas de información clásicos-cuánticos. Por consiguiente, las organizaciones tendrán que evaluar qué partes de su sistema de información deberán modernizarse con aplicaciones cuánticas y que se integrarán en estos nuevos sistemas de información híbridos. Desafortunadamente, no existen técnicas ni procesos concretos para abordar este reto. Esta tesis doctoral presenta un proceso de modernización de software como solución para migrar los sistemas de información clásicos hacia sistemas de información híbridos. Este proceso se denomina proceso de Modernización del Software Cuántico. Se han realizado adaptaciones de estándares acogidos por la industria como UML y KDM para emplear los principios de ingeniería dirigida por modelos. De esta manera y utilizando los estándares se pueden representar los nuevos componentes cuánticos. Los resultados obtenidos demuestran que el proceso de Modernización del Software Cuántico puede facilitar la integración de programas cuánticos en los sistemas de información clásicos existentes.