Defensa de Tesis: 'Computación Cuántica Distribuida integrada en Entornos de Computación de Alto Rendimiento'

Esta tesis explora la integración de la computación cuántica distribuida en entornos de computación de alto rendimiento (HPC), abordando los desafíos actuales y las oportunidades que ofrece este paradigma emergente. A pesar de los avances recientes en la computación cuántica, todavía existen limitaciones significativas, como los altos niveles de error y ruido en los sistemas existentes, así como la escalabilidad limitada en el número de qubits por chip, la unidad fundamental de información cuántica análoga al bit clásico.

Para superar estos cuellos de botella de hardware, la computación cuántica distribuida propone conectar múltiples procesadores cuánticos más pequeños a través de redes de comunicación cuántica. Al compartir entrelazamiento y distribuir estados cuánticos entre varios nodos, estos sistemas interconectados pueden funcionar como una única máquina cuántica altamente escalable.

Además, debido a la naturaleza probabilística de la computación cuántica, existen muchas áreas donde los sistemas clásicos superan a los cuánticos, particularmente en términos de estabilidad y precisión. Por lo tanto, así como las GPU y las FPGA se han integrado como dispositivos heterogéneos en sistemas HPC, esta tesis explora el uso de unidades de procesamiento cuántico (QPU) como otro recurso especializado dentro de estos entornos. Se analizan las implicaciones técnicas de esta integración y se desarrollan soluciones de software para incorporar las QPU en los marcos más utilizados en el campo.

Las aplicaciones potenciales de esta integración incluyen la simulación molecular, la optimización avanzada, la criptografía cuántica y el aprendizaje automático, donde la computación cuántica puede ofrecer mejoras significativas cuando se combina de manera eficiente y complementaria con los recursos clásicos.

Director: Tomás Fernández Pena