The QPath Blog

Características de QPath

Autor: José Luis Hevia
aQuantum CTO

Estamos en un momento en el que en las tecnologías cuánticas empieza a emerger en la búsqueda de sus aplicaciones prácticas y, con ello, tienen más relevancia en los medios como solución a las problemáticas antes planteadas. A pesar de que, justo en este momento, en general su estado aún es prematuro, aceleradamente si se están marcando las pautas y las relaciones para que a corto plazo se creen las condiciones necesarias para que esta nueva tecnología sea una realidad y cambie nuestra forma no solo de trabajar, sino de entender el universo que nos rodea. Incluso, en algunos tipos de tecnologías cuánticas y aplicaciones de las mismas, tal vez este plazo podría ser más corto de lo que podemos suponer en estos momentos.

La mecánica cuántica, base de las tecnologías cuánticas emergentes, aporta una serie de características que hacen que podamos usar la misma naturaleza para resolver problemas cuya complejidad hace inviable intentar resolverlos con los ordenadores “clásicos” tal y como los conocemos -incluso aunque sean supercomputadores o se conecten en redes muy grandes que permitan el proceso paralelo a niveles mundiales-. Gracias a los principios matemáticos que han surgido en el último siglo, disponemos de una base sólida y consistente que permite poder llevar la mecánica cuántica a los sistemas de información. Y esto hace posible que esos principios, que hacen la mecánica cuántica única, se puedan aplicar al proceso de la información generando una potencia de proceso – aun siendo discreta por su estado de madurez actual respecto a su propio potencial- nunca vista hasta la fecha.

Siendo conscientes de que la computación “clásica” convivirá durante mucho tiempo con la computación cuántica, y que la sustitución de los sistemas clásicos tal y como los conocemos por los cuánticos será lenta o muy lenta en el tiempo durante muchísimo tiempo, apostamos por una arquitectura híbrida, a través de la cual tenemos un camino más claro por el que avanzar tecnológicamente, con resultados prácticos que nos permitirán proporcionar a muy corto plazo servicios cuánticos a medida para diferentes sectores y actividades de la vida real. Por muy básicas que pudieran parecer, estas soluciones híbridas ya están a años luz de las que pueden ejecutar en tiempos razonables los más potentes procesadores “clásicos”, lo que de por sí solucionará la demanda de la inmediatez en la evaluación de procesos complejos, algo imposible de obtener con la tecnología clásica actual. La arquitectura híbrida, bien utilizada, puede proporcionar HOY la tecnología del MAÑANA a equipos de trabajo multidisciplinares los cuales, de esta forma, podrán evaluar, probar y explotar la tecnología cuántica sin tener que esperar a ese momento de un futuro no predecible en el tiempo, en que la computación cuántica “pura” provea los servicios equivalentes. Gracias a la arquitectura híbrida ya se podrían construir soluciones en el campo de salud que podrían verse muy beneficiadas de la nueva capacidad de cálculo cuántica para resolver problemas de hoy.

Por supuesto que avanzar en la investigación y desarrollo de una arquitectura de computación híbrida clásica/cuántica, como todo gran avance tecnológico, no es algo simple, sin grandes obstáculos ni elevados riesgos. Avanzar tecnológicamente en este campo implica abordar una amplia variedad de problemas, entre los que destacan la incuestionable incertidumbre, los elevados costes, la limitada existencia de todo tipo de recursos necesarios, la volatilidad de las versiones y productos de los fabricantes al ritmo de avance de sus tecnologías, la falta de homogeneidad en todos los recursos que se están proporcionando en la web, la falta de cohesión entre los contenidos y su aplicación profesional… así como un largo etcétera. Y todo ello sin dejar de destacar los riesgos que suponen saber utilizar estas tecnologías disruptivas para las cuales no existe o es muy limitada la oferta formativa en el mercado. Por ello, somos conscientes que para el éxito de este tipo de proyectos es imprescindible tener una clara estrategia para el aprendizaje continuo del equipo, de forma tal que se garantice la adquisición, transmisión y aplicación de conocimientos totalmente nuevos al equipo del proyecto para poder hacer posible los resultados esperados.

Es en este contexto diseñamos y desarrollamos QPath, a un ecosistema de herramientas, servicios y procesos -reunidos en una plataforma – que ofrece un completo y complejo sistema híbrido de información que permite ejecutar unidades de proceso cuánticas independientemente del entorno en que se ejecutan, abstrayendo al aplicativo de las complejidades que las caracterizan.

Para cumplir plenamente con su acometido, QPath está compuesto de dos grandes unidades funcionales:

·  Los Módulos CORE, el núcleo de la plataforma QuantumPath, capaces de gestionar soluciones independientes de la tecnología cuántica asistidas por herramientas de propósito general.

·       La Plataforma de Apps, que se integra con los módulos CORE del sistema QPath y facilitan a los equipos de desarrollo la gestión del ciclo de vida de los proyectos de software híbrido.

El módulo CORE de QPath se estructura en 5 niveles funcionales que -desde un punto de vista muy general- permiten a los ingenieros de software disponer de los elementos necesarios para hacer más rápida la adopción de las tecnologías cuánticas en los sistemas clásicos, proporcionando:

QPathFL

Figura 1 QuantumPath main functional levels

·       Gestión de soluciones y sus activos. El concepto de solución cuántica y sus herramientas de control de ciclo de vida, conteniendo las abstracciones necesarias para componer un “aplicativo cuántico”. Siendo estas abstracciones -a día de hoy-:

o   Solución y sus relaciones con el contexto de ejecución cuántico en el que se va a desenvolver

o   Circuitos cuánticos y sus diferentes aproximaciones según el tipo de tecnología deseada

o   Unidades de código directo, cuando se requiere de un contacto más directo con una determinada máquina

o   Tratamiento mediante lenguaje intermedio de los activos de un aplicativo cuántico.

o   Flujo principal. Que coordina los elementos necesarios que conforman un algoritmo y organiza su control de ejecución.

o   Proporcionar una completa Taxonomía de librerías que irán creciendo tanto por el aporte del equipo QPath como por terceros que quieran publicar sus productos al resto del mundo.

·       Herramientas de diseño, construcción, pruebas y ejecución de activos cuánticos tanto desde el contexto de soluciones agnósticas como específicas de una determinada plataforma.

o   Los diseñadores visuales de circuitos de tipo Gates-Base

o   El Annealer Compositor

o   El editor de código directo para resolver necesidades de más bajo nivel

·       Puntos de conexión, que hacen posible la interconexión de las aplicaciones cuánticas en el ecosistema de soluciones clásicas.

o   Mediante un sistema de publicación claro, se proporciona una capa de servicios API REST concisa que permite a cualquier aplicativo clásico consumir los algoritmos cuánticos almacenados en el sistema con el mínimo esfuerzo. Hacer la petición y recoger la respuesta.

·       Backend empresarial responsable de la operativa completa de la plataforma. Un backend que por diseño contempla los principios de seguridad, alta disponibilidad, balanceo de carga y procesamiento asíncrono del cliente. Totalmente escalable y confiable, proporciona los componentes necesarios para que todo trabajo sea procesado de forma desacoplada al cliente y sea capaz de lanzar las unidades de ejecución en el mejor contexto posible.

o   Dispare la tarea, y preocúpese de recoger sus productos.

o   Un ecosistema que dispondrá de simuladores escalados, conexiones homologadas a proveedores de potentes simuladores y conexiones homologadas a máquinas cuánticas físicas, de tal forma que la democratización no sea cosa exclusiva del proveedor final. Y bajo una capa de transpiladores que harán que el usuario no tenga que preocuparse por los detalles del SDK del fabricante.

o   Un backend que recogerá toda la telemetría del proceso, proporcionando conocimiento y asistencia automática allá donde sea necesaria.

·       Habilidades de extensibilidad en los módulos principales y críticos de la plataforma. De tal forma que sea posible acoplar a la plataforma nuevos conectores apoyados en tecnologías de partners y terceros, que amplíen el valor de todo el producto.

Las APPS de QuantumPath por otro lado, tendrán la responsabilidad de aumentar el valor añadido de la plataforma proporcionando un ecosistema de aplicativos de alto nivel que, diseñados para explotar los servicios del CORE, proporcionen al equipo de trabajo las herramientas necesarias para cubrir el mayor número de contextos necesarios para sacar adelante un proyecto completo: desde la modernización de software ya existente, pasando por los controles de calidad y acabando en un etcétera de aplicativos y servicios que completarán el círculo de un proceso completo de ingeniería.  

En próximos artículos iremos desgranando cada uno de los elementos mencionados y ejemplos de ello, con el orgullo de presentar nuestra visión del camino hacia las tecnologías de computación cuánticas y su importancia en el diseño de los nuevos conceptos de sistemas información que están ya entre nosotros: los sistemas informáticos híbridos.