Optimización del uso espacial de qubits en Plataformas QCaaS mediante Islas Cuánticas

Abstract

El modelo de facturación predominante en los proveedores de computación cuántica actuales, basado en tarifas fijas por tarea enviada, impone una barrera económica significativa para la investigación al no tener en cuenta el uso espacial de qubits de la QPU (Unidades de Procesamiento Cuántico). Este modelo provoca una ineficiencia en el uso de las QPUs, dejando más del 90% del procesador sin utilizar en ejecuciones estándar. Si bien la multiplexación espacial permite amortizar estos costes ejecutando múltiples circuitos simultáneamente, esta práctica introduce un desafío, que es el aumento del ruido por crosstalk debido a la proximidad física, lo que degrada la fiabilidad de los resultados. Para resolver esta relación entre coste y calidad, este trabajo presenta QCRAFT-QIP (Quantum Island Placement). Una propuesta que implementa una estrategia de aislamiento de circuitos mediante "islas cuánticas" y despliega un algoritmo de colocación jerárquico que integra umbrales de ruido dinámicos con distancias físicas entre circuitos para mitigar las interferencias. La validación experimental en procesadores de IBM confirma que una separación de 2 qubits representa el punto de equilibrio: logra reducir el error (medido en Divergencia Jensen-Shannon) en un 39.7% y disminuye los costes de ejecución entre un 86.7% y un 93.3%. Estos hallazgos demuestran que es viable realizar una multiplexación de circuitos para reducir costes sin penalizar de forma significativa la calidad de los resultados obtenidos.