Arquitectura de Ejecución Multi-Batch para Plataformas de Computación Cuántica como Servicio

Abstract

Las plataformas de Computación Cuántica como Servicio (QCaaS) enfrentan actualmente ineficiencias críticas debido a la alta demanda, las largas colas de espera y el elevado coste por tarea. A pesar del aumento en el número de qubits, el modelo de ejecución tradicional de ''una tarea por turno'' infrautiliza el hardware, dejando gran parte del procesador inactivo. Este trabajo propone un enfoque de programación (multi-batch) diseñado para maximizar tanto la eficiencia espacial como temporal de las unidades de procesamiento cuántico (QPU). El método introduce el concepto de multi-batch, un contenedor que agrupa múltiples batches de circuitos (batch) optimizados. Mediante el uso de primitivas de hardware como barreras de sincronización, reinicio de qubits (resets) y registros clásicos independientes, el sistema permite reutilizar los qubits de forma segura dentro de una misma ejecución. Esto permite concatenar secuencias de circuitos sin necesidad de reingresar en la cola de espera del proveedor. La propuesta ha sido validada en el procesador IBM Torino de 133 qubits. Los resultados demuestran que es posible procesar miles de circuitos en una única operación, reduciendo los costes de ejecución en más de un 99%. Además, se mitiga el impacto de las latencias de red y la sobrecarga administrativa, mejorando el rendimiento global del sistema sin comprometer significativamente la fidelidad de los resultados frente al ruido.