Q2SM

Proyecto Q2SM: Quality Quantum Software Model

AQCLab lleva a cabo el proyecto Q2SM: Quality Quantum Software Model, en el que se aborda la construcción de un entorno que permita evaluar la calidad de circuitos cuánticos.

Motivación del Proyecto

La tecnología del software cuántico ha experimentado un enfoque de big bang en los últimos años y existe una gran variedad de lenguajes de programación cuánticos (ej., OpenQASM, Q Language, qGCL, Qiskit, QML, Quipper, Q#), muchos entornos de desarrollo cuánticos (e.j., Cirq, Forest, Orquestra, QDK, Qiskit, Forge, LIQUi|>, IQ Experience, Quantum Inspire, Quantum Playground, Quantum Path) , una gran variedad de tipos de simuladores y hardware cuánticos (D-Wave, Google Quantum, IBM Q, IonQ, Microsoft Quantum, Rigetti, etc.). Sin embargo, no existen metodologías o procesos específicos para desarrollar software cuántico de alta calidad . Y esta laguna no es fácil de cubrir de forma fiable ni siquiera para quienes tienen experiencia en el diseño y desarrollo de software clásico, porque el diseño, el desarrollo y el análisis del software cuántico son fundamentalmente diferentes de las prácticas de desarrollo de software clásico que prevalecen hoy en día.

Por ello, un conjunto de investigadores y empresas, entre las que se encuentra AQCLab, impulsó el “Manifiesto de Talavera”, denominado así porque se firmó en el transcurso de la conferencia internacional “1st International Workshop on the QuANtum SoftWare Engineering & pRogramming”, celebrada en Talavera de la Reina en febrero de 2020. En este manifiesto se propugna precisamente el desarrollo de buenas prácticas y técnicas, análogas a las que existen para el software clásico, que aseguren la calidad del software cuántico de forma agnóstica (independiente de la plataforma utilizada).

El principal enfoque de la computación cuántica es la computación cuántica basada en puertas (“gate-based”), que consiste en dividir un algoritmo en una secuencia de unas pocas operaciones primitivas muy básicas o puertas. Así, una de las herramientas más utilizadas para crear programas cuánticos es el circuito cuántico, y de hecho existen varios simuladores de circuitos cuánticos (por ejemplo, Quirk ). Los circuitos cuánticos podrían tomarse como modelos de software cuántico y deben ser lo suficientemente comprensibles y flexibles como para incorporar fácilmente modificaciones que reflejen cambios en lo que modelan. Es bien sabido que un modelo que es fácil de entender será más fácil de mantener, reutilizar, etc., pero todavía no existe manera de medir la calidad de dichos modelos y circuitos para poder mejorarlos y hacer mejores desarrollos cuánticos.

Por todo ello, mediante este proyecto se construirá el primer entorno a nivel internacional para la medición de la calidad de circuitos cuánticos, especialmente centrados en la mantenibilidad y entendibilidad de este tipo de sistemas.

Descripción del Proyecto

El objetivo principal del proyecto Q2SM es la construcción de un entorno (metodológico y tecnológico) que permita ofrecer a empresas y organismos públicos, servicios de evaluación de la calidad de los circuitos cuánticos. Este objetivo principal se pretende abordar por medio de los siguientes objetivos específicos.

Definir un modelo para la calidad del circuito cuántico. Se tendrá que definir los elementos básicos del circuito cuántico (cúbits, puertas, etc.) y sus interconexiones.
Desarrollar métricas para la evaluación de la calidad del circuito cuántico que tenga en cuenta los diferentes tipos de puertas cuánticas (y sus correspondientes matrices), y su contribución a la complejidad del circuito, y por lo tanto a la entendibilidad del mismo.
Creación de una herramienta para la evaluación de calidad del circuito cuántico que permita, en la manera de lo posible, automatizar y asistir en el cálculo de las métricas que se definan.
Integración de la herramienta de evaluación de calidad cuántica con el entorno de visualización de AQCLab. AQCLab dispone de un entorno para visualización de la calidad. Con este nuevo objetivo OT2, se pretende ampliar dicho prototipo de manera que sea capaz de presentar de una manera intuitiva los resultados obtenidos para la evaluación de la calidad de los circuitos cuánticos.
Validación del entorno tecnológico mediante casos de estudio, utilizando las herramientas desarrolladas y comprobando su idoneidad para realizar proyectos de evaluación de la calidad del software cuántico