Tres investigadores de la UEx, en la vanguardia mundial del estudio del software cuántico

"La computación cuántica supone romper con todos los esquemas clásicos para hacer una computación de forma diferente, mucho más eficiente. Por poner un ejemplo, sería como descubrir un agujero que atravesara la tierra por el centro, de modo que nos permitiera viajar de manera más rápida y más veloz. Abre la puerta a muchos problemas que el modelo clásico no puede abordar porque tiene otros principios físicos diferentes". Así lo explica Juan Manuel Murillo, quien, junto con José García Alonso y Enrique Moguel -- tres investigadores de la Universidad de Extremadura--, lideran el equipo de 16 expertos a nivel mundial que han desarrollado un estudio internacional que marca la hoja de ruta que debe seguir la Ingeniería del Software Cuántico, una disciplina clave para aprovechar el potencial de la computación cuántica.

Si todo en la vida actual está gobernado por la computación, la cuántica está llamada a revolucionar la tecnología tal y como se conoce, con aplicaciones en inteligencia artificial, sanidad, finanzas ciberseguridad... Sin embargo, su desarrollo aún enfrenta un gran obstáculo: la falta de herramientas y metodologías para programar estos ordenadores de manera eficiente y fiable. De ahí la importancia de la aportación de este grupo formado por 16 investigadores reconocidos a nivel mundial como referentes y los mayores expertos en computación cuántica, procedentes de once universidades de todo el mundo, al definir el futuro de esta disciplina de cara a los próximos años, con la publicación de un estudio pionero en el Journal ACM Transactions on Software Engineering and Methodology (TOSEM).

Para entenderlo, la computación cuántica puede llevar un 20% de desarrollo. Está en sus inicios. Y el nuevo estudio contribuye precisamente a ello: "Lo que hacemos es situar dónde estamos y hacia dónde deberíamos de ir. Imagina a alguien perdido en un desierto, sin referencias de hacia dónde avanzar. Pues bien, nosotros hemos trabajado para calcular ese punto de referencia, para saber hacia dónde dirigirnos, establecer los retos que nos vamos a encontrar en el camino y cómo los vamos a poder solventar", detalla Juan Manuel Murillo a este diario.

La investigación sienta las bases para que la Ingeniería del Software Cuántico se convierta en una disciplina clave del futuro, facilitando el desarrollo de programas eficientes, seguros y escalables. Este estudio establece los pilares para dotar a los programadores y científicos de técnicas y herramientas que permitan desarrollar Software Cuántico de manera efectiva y confiable, facilitando así su adopción en la industria y la academia. En definitiva, se trata de un paso clave para abordar el desafío de esta computación y acercarla al mundo real, en pleno Año de la Ciencia y las Tecnologías Cuánticas

Del grupo Quercus

Juan M. Murillo, José García Alonso y Enrique Moguel, profesores del Departamento de Ingeniería de Sistemas Informáticos y Telemáticos de la Uex, los dos primeros en la Politécnica de Cáceres y el tercero adscrito al Centro Universitario de Mérida, todos ellos integrantes del laboratorio SPILab del Grupo de Investigación Quercus, han contribuido en el desarrollo de esta hoja de ruta para la Ingeniería del Software Cuántico.

Según Murillo, "el reto es mayúsculo. A diferencia de los ordenadores convencionales, que procesan información en bits (0 y 1), los ordenadores cuánticos utilizan qubits, que pueden representar múltiples estados simultáneamente gracias a un fenómeno llamado superposición cuántica". Una propiedad que permite resolver problemas altamente complejos en tiempos inalcanzables para los ordenadores actuales.

Sin embargo, programar en este entorno resulta extremadamente difícil. "A diferencia de la informática clásica, que cuenta con décadas de avances, en ingeniería del software, en la computación cuántica aún no existen herramientas maduras ni metodologías consolidadas para diseñar, probar y optimizar software de manera eficiente", ha indicado Alonso.

Los escollos a solventar

El estudio, por tanto, identifica los principales desafíos que enfrenta la Ingeniería del Software Cuántico y plantea soluciones concretas para que la programación cuántica sea más accesible y efectiva. Entre estos desafíos destacan la falta de lenguajes de programación intuitivos, la dificultad para depurar errores, la ausencia de herramientas avanzadas como compiladores y entornos de prueba, y la necesidad de formar a una nueva generación de programadores con conocimientos en computación cuántica e ingeniería de software.

Para ello, los investigadores proponen nuevas técnicas, metodologías y herramientas que faciliten la escritura de código sin necesidad de ser un experto en física cuántica.

En este sentido, Moguel ha advertido de que "en un momento en que la computación cuántica avanza rápidamente, con empresas como IBM, Amazon, Google o Microsoft, logrando importantes hitos, se espera que esta tecnología tenga un impacto disruptivo en áreas como la medicina personalizada, la inteligencia artificial y la ciberseguridad".

Para que estas aplicaciones sean una realidad, es imprescindible contar con un marco sólido de desarrollo de software cuántico.

Los autores del estudio han destacado la importancia de que la comunidad científica, la industria y los gobiernos trabajen juntos para impulsar esta nueva disciplina, ya que no se puede esperar a que los ordenadores cuánticos sean masivos para empezar a desarrollar software. A su juicio, La clave del éxito estará en tener herramientas listas para cuando la tecnología cuántica sea una realidad cotidiana.

Por motivación propia

El estudio ha llevado tres años de intensa coordinación entre los investigadores, porque, reconocen, "no son trabajos sencillos". Y curiosamente no ha sido impulsado por ninguna institución, entidad u organismo, sino por ellos mismos. "Nos hemos ido encontrando en conferencias y congresos, varias veces al año, y poco a poco hemos ido estableciendo una colaboración al ver que nuestros trabajos se relacionan de una manera que al final da cobertura al área de la ingeniería de Software Cuántico. Decidimos organizar esta contribución para sentar las bases de un campo de investigación llamado a desarrollarse de forma muy importante en los próximos años", concluye Juan Manuel Murillo.