Una marco de contribución funcional para la Ingeniería de Software Cuántico

• Autores: Pezzini, María Cecilia; Pons, Claudia Fabiana; Bibbo, Luis Mariano
• Año de publicación: 2026
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Materia: Ciencias de la Computación e Información; Ingeniería de software cuántico; Valores de Shapley; Atribución funcional; Quantum software engineering; Shapley values; Functional attribution
• Institución: Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires

La Ingeniería de Software Cuántico (Q-SE) requiere herramientas que permitan analizar de manera reproducible y cuantitativa el comportamiento funcional de algoritmos cuánticos, más allá de su corrección global. En este trabajo se presenta SMEF (Software Engineering Module Evaluation Framework), un marco de atribución funcional basado en valores de Shapley, orientado a cuantificar la contribución de bloques funcionales dentro de una implementación cuántica bajo métricas explícitas definidas por el analista. El marco evalúa configuraciones parciales del circuito que preservan el orden físico de ejecución, permitiendo descomponer el comportamiento global en contribuciones funcionales atribuibles a cada bloque, en coherencia con la semántica operacional del algoritmo y con las propiedades axiomáticas del mecanismo de atribución empleado. SMEF no busca reinterpretar la dinámica cuántica subyacente, sino proporcionar métricas funcionales reproducibles y comparables, útiles para actividades propias de la Q-SE, tales como auditoría, validación, comparación sistemática de implementaciones y detección de anomalías funcionales. La propuesta se valida mediante dos casos de estudio: (i) la búsqueda sobre hipercubos del algoritmo SKW y (ii) la etapa de estimación de fase (QPE) del algoritmo de Shor. En ambos casos, los perfiles de contribución obtenidos resultan coherentes con el rol funcional esperado de los bloques analizados y permiten identificar desviaciones funcionales sin necesidad de inspeccionar el circuito a nivel de compuertas.
Quantum Software Engineering (Q-SE) requires tools that enable reproducible and quantitative analysis of the functional behavior of quantum algorithms, beyond their overall correctness. This paper introduces SMEF (Software Engineering Module Evaluation Framework), a functional attribution framework based on Shapley values, aimed at quantifying the contribution of functional blocks within a quantum implementation under explicit metrics defined by the analyst. The framework evaluates partial circuit configurations that preserve the physical execution order, allowing the global behavior to be decomposed into block-level functional contributions, in coherence with both the operational semantics of the algorithm and the axiomatic properties of the attribution mechanism. SMEF does not seek to reinterpret the underlying quantum dynamics; instead, it provides reproducible and comparable functional metrics that support core Q-SE activities such as auditing, validation, systematic comparison of implementations, and detection of functional anomalies. The proposal is validated through two case studies: (i) the hypercube search of the SKW algorithm and (ii) the phase estimation (QPE) stage of Shor’s algorithm. In both cases, the resulting contribution profiles are consistent with the expected functional role of the analyzed blocks and enable the identification of functional deviations without requiring gate-level inspection of the circuit.
54 Jornadas Argentinas de Informática e Investigación Operativa (JAIIO 2024) (Universidad de Buenos Aires, 4 al 7 de agosto de 2025)