Ingeniería de Software Cuántico para Modelos de Ejecución Eficientes en Plataformas de Computación Cuántica Heterogéneas

• Autores: Jaime Alvarado Valiente
• Directores de la Tesis: José Manuel García Alonso (dir. tes.) , José Enrique Moguel Márquez (codir. tes.) , Miguel Angel Pérez Toledano (tut. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Extremadura ( España ) en 2026
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Mario G. Piattini Velthuis (presid.) , Jianjun Zhao (secret.) , Juan María Hernández Núñez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnologías Informáticas (TIN) por la Universidad de Extremadura
• Calificación: Sobresaliente Cum Laude
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TESEO  Dehesa 
• Resumen
  • español

    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.

  • English

    Quantum computing has evolved from a predominantly theoretical discipline into an emerging technological reality with applications in optimization, cryptography, and simulation. Although major cloud providers now offer access to real quantum hardware, the effective adoption of quantum computing in real-world systems remains constrained by significant software-level challenges. These include hardware heterogeneity, provider-specific ecosystems, low-level programming models, high execution costs, long queue times, and the absence of mature engineering methodologies comparable to those in classical software development.

    In this context, Quantum Software Engineering (QSE) has emerged as a key research area aimed at bridging the gap between quantum technologies and established software engineering practices. This doctoral compendium thesis investigates how to systematically advance QSE within heterogeneous Quantum Computing as a Service platforms by bringing quantum development closer to classical paradigms through abstraction, automation, and efficient resource management.

    The thesis proposes mechanisms to reduce technological fragmentation across providers by adapting architectural patterns and engineering concepts from classical computing. Specifically, it presents: (i) a systematic heterogeneity analysis of major quantum platforms and the design of a provider-agnostic access layer; (ii) translation mechanisms for portable circuit execution; (iii) circuit-level workload consolidation strategies; and (iv) a scalable hybrid execution model integrating multi-programming with distributed shot-based execution. Overall, the thesis demonstrates that adapting established software engineering principles significantly improves the practicality and sustainability of quantum computing.