The QPath Blog
Ingeniería del Software Cuántico y Programación aplicada a la farmacogenómica personalizada
Ingeniería del Software Cuántico y desarrollo de sistemas de software cuántico/clásicos utilizando la plataforma QuantumPath®
Autor
José Luis Hevia, Ezequiel Murina, Aurelio Martínez y Guido Peterssen han publicado el capítulo “Quantum Software Engineering and Programming Applied to Personalized Pharmacogenomics”, del libro “Quantum Software. Aspects of Theory and System Design” publicado reciéntemente por Springer Link.
Este libro de acceso abierto explica el estado del arte en ingeniería y diseño de software cuántico, independientemente del hardware específico. Abarca aspectos teóricos del software cuántico y conceptos clásicos de ingeniería de software, como enfoques de desarrollo ágil, validación, medición y despliegue aplicados en un entorno cuántico o híbrido, complementados con una serie de aplicaciones industriales diferentes.
El libro consta de tres partes.
I. Aspectos de la teoría cuántica del software
II. Diseño de sistemas de software cuántico
III. Laboratorio de Software Cuántico
El capítulo «Quantum Software Engineering and Programming Applied to Personalized Pharmacogenomics» forma parte de la tercera parte del libro y hace referencia a varias aplicaciones de software y a las correspondientes experiencias de laboratorio para comprender sus implicaciones en la práctica y evitar repetir errores del pasado.
La estructura del capítulo “Quantum Software Engineering and Programming Applied to Personalized Pharmacogenomics” [1] es la siguiente:
1. Introducción
2. Salud cuántica
3. Descripción cualitativa del problema computacional
4. Descripción analítica del problema computacional
5. Sistema de información QHealth
6. Conclusión
7. Referencias
Los autores consideran que los sistemas de software desarrollados para la atención sanitaria deben ser de alta calidad, extensibles, escalables, de alto rendimiento y altamente seguros, dado el uso al que están destinados. Por lo tanto, la construcción de sistemas de software fiables para la atención sanitaria requiere la aplicación de las mejores prácticas de ingeniería de software y la experiencia del equipo en el desarrollo de soluciones de software críticas.
En este sentido, destacan que la puesta en marcha de proyectos de este tipo que impliquen computación cuántica tiene la complejidad añadida de que la ingeniería del software cuántico apenas está dando sus primeros pasos y que la experiencia acumulada en el diseño, desarrollo e implantación de este tipo de proyectos apenas está acumulando sus primeros casos de uso. Además, ha sido necesario garantizar la entrega de soluciones de software cuántico de alta calidad y profesionalmente probadas, diseñar un modelo de seguridad específico para proyectos cuánticos, definir un marco de gestión para los servicios de computación cuántica y diseñar un modelo válido para el gobierno y la gestión de arquitecturas y plataformas cuánticas.
En este capítulo, los autores muestran que proporcionar una terapia farmacológica personalizada a pacientes polimedicados es una situación muy compleja, ya que ni siquiera el superordenador más potente del mundo podría procesar el enorme número de variables necesarias en un tiempo razonable. Afortunadamente, la computación cuántica está abriendo nuevas posibilidades en este campo, sobre todo gracias a su capacidad para combinar eficientemente un gran número de variables.
Para abordar la viabilidad de aplicar estas nuevas posibilidades tecnológicas a los servicios sanitarios, los autores presentan la idea básica de un algoritmo cuántico extensible para tratar polimorfismos genéticos, politerapia farmacológica y estado clínico, y la implementación de un prototipo que permite calcular la dosis ideal para cada paciente, teniendo en cuenta su genómica y las interacciones farmacológicas. Para ello, los autores han aplicado en las PdCs y prototipo del proyecto “QHealth: Quantum Pharmacogenomics applied to aging” las mejores prácticas de la ingeniería cuántica de software al desarrollo de sistemas de software cuántico/clásico utilizando la plataforma QuantumPath®.
QHealth System Overview
In the Technical Features and Implementation Details sections of the chapter, the authors show step-by-step the capabilities of the QuantumPath® platform for designing and developing the software solutions that enable a hybrid quantum/classical system capable of dynamically integrating quantum services with the classical healthcare systems used by physicians from the usual interfaces of their software. Based on their R&D experience, the authors believe that the QHealth system makes it possible to apply personalized quantum pharmacogenomics to prescribe the optimal doses of drugs for each patient at the time of consultation. In this way, the QHealth system would bring the quantum advantage to healthcare services in terms of saving lives in hospital emergencies, improving patients’ quality of life, increasing longevity, achieving significant savings on drugs, etc.
Distributed layers using protocols and communication for quantum solutions isolation
In the conclusions of the chapter, the authors consider that the quantum software prototype that has been shown to implement a quantum algorithm capable of taking into account genomic information and drug-drug interactions, identifying and explaining the relationships between interventions and treatments on the one hand and outcomes on the other, is capable of providing the best medical service at the individual level, thus fulfilling the goal of personalized pharmacogenomics.
The QHealth project had a total budget of 5,160,477.00 euros and received a grant of 3,671,281.69 euros from the CDTI (Spanish Center for the Development of Industrial Technology). The project has been supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation and by the ERDF (European Regional Development Fund).
This book will be of interest to industry professionals and researchers in academia who are either producing or using quantum software systems in their work, or who are considering their potential utility in the future. It may also be useful to practitioners already experienced in classical software engineering who wish to understand the fundamentals or possible applications of quantum software, for reasons including:
· Is open access, meaning you have free and unlimited access
· Explains the state of the art in quantum software theory, engineering, and design, independent of specific hardware
· Shows how classic SWE topics such as agile approaches, validation, measurement, or deployment can be applied to quantum software
· Details several examples of quantum software applications and corresponding laboratory experiences
From the quantum literacy mission that we have proposed since our inception, and in order to transmit the teachings and knowledge acquired over the years, we hope that this book can contribute to the production of quantum software with sufficient quality and productivity, a cornerstone for the dissemination of quantum software engineering.
Congratulations to Pepe, Ezequiel, Aurelio and Guido for their contribution to the dissemination of Quantum Software Engineering.
You can see all the books, articles and other papers published by aQuantum here.
[1] Hevia, J.L., Murina, E., Martínez, A., Peterssen, G. (2024). Quantum Software Engineering and Programming Applied to Personalized Pharmacogenomics. In: Exman, I., Pérez-Castillo, R., Piattini, M., Felderer, M. (eds) Quantum Software. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-64136-7_11
