Cuando la ingeniería de software se encuentra con la computación cuántica

En las últimas décadas, la computación cuántica (QC) ha intrigado a científicos, ingenieros y al público en todo el mundo. Las computadoras cuánticas utilizan la superposición cuántica para realizar muchos cálculos, en paralelo, que no son posibles con las computadoras clásicas, lo que resulta en un tremendo poder computacional. Al explotar ese poder, el control de calidad y el software cuántico permiten muchas aplicaciones que normalmente están fuera del alcance de la informática clásica, como el descubrimiento de fármacos y técnicas más rápidas de inteligencia artificial (IA). Actualmente se están desarrollando computadoras cuánticas con una variedad de tecnologías, como la superconductora y la captura de iones.

Empresas privadas, como Google e IBM, están construyendo sus propios ordenadores cuánticos, mientras que entidades públicas están invirtiendo en tecnologías cuánticas. Por ejemplo, la Comisión de la Unión Europea está gastando mil millones de euros en tecnologías cuánticas.

Actualmente, el objetivo clave de las computadoras cuánticas es reducir los errores de hardware que limitan sus usos prácticos. Independientemente de la tecnología que finalmente gane la carrera del hardware cuántico, el facilitador clave para crear aplicaciones de control de calidad es el software cuántico. El software cuántico debe estar respaldado por una pila de software cuántico, que vaya desde sistemas operativos hasta compiladores y lenguajes de programación, como postularon Bertels et al, de la Universidad de Oporto. La ingeniería de software cuántico (QSE) permite el desarrollo rentable y escalable de software cuántico confiable para crear aplicaciones de software cuántico revolucionarias en muchos dominios, por ejemplo, finanzas, química, atención médica y agricultura.

Sin embargo, no se pueden desarrollar aplicaciones de software cuántico eficaces con los métodos clásicos de ingeniería de software debido a las características inherentes de la computación cuántica (por ejemplo, la superposición y el entrelazamiento). Por lo tanto, necesitamos crear metodologías QSE novedosas (con soporte de herramientas) que cubran diferentes fases de QSE, posiblemente incluyendo ingeniería de requisitos, modelado, codificación, pruebas y depuración.

En este artículo, presentamos primero una visión general del impacto potencial de la computación cuántica, seguida de algunos aspectos destacados de las iniciativas de control de calidad a nivel de la UE. Luego argumentamos la necesidad de QSE, presentamos el estado del arte de QSE desde Múltiples aspectos (pruebas, por ejemplo) comparando las computadoras cuánticas con sus contrapartes clásicas y arrojamos luz sobre posibles direcciones de investigación.

La computación cuántica está en auge y, sin duda, revolucionará muchas tecnologías. Transformará nuestra comprensión y la forma en que abordamos problemas y desafíos complejos. La ingeniería de software cuántica es clave para la creación sistemática y rentable de las aplicaciones de control de calidad potentes, confiables y prácticas del mañana. En comparación con la informática clásica, la complejidad inherente del control de calidad y sus complejos dominios de aplicación (el descubrimiento de fármacos, por ejemplo) presentan nuevos desafíos multidimensionales que enfatizan la importancia del QSE. Fascinados por esta observación, presentamos en este artículo los aspectos más destacados de las actividades de control de calidad en Europa, las innovaciones clave de QSE (en comparación con la ingeniería de software clásica) y las direcciones abiertas de investigación de QSE. Este es el momento de adoptar el control de calidad y formar la comunidad QSE en Europa ya nivel mundial.

Fuente:  Ali, S., Yue, T. y Abreu, R. (2022). Cuando la ingeniería de software se encuentra con la computación cuántica. Comunicaciones de la ACM,65(4), 84-88. https://doi.org/10.1145/3512340