Explicabilidad en algoritmos de búsqueda cuántica en hipercubo con valores de Shapley

• Autores: Pezzin, María Cecilia; Pons, Claudia Fabiana; Bibbo, Luis Mariano
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Materia: Ciencias de la Computación e Información; caminatas cuánticas; hipercubo; valores de Shapley; explicabilidad cuántica; Hamiltonianos; ventaja cuántica; quantum explainability; Shapley values; coined quantum walk; hypercube search; Hamiltonian-based interpretation; cooperative contribution
• Institución: Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires

Este trabajo analiza la explicabilidad del algoritmo de búsqueda basado en caminatas cuánticas acuñadas sobre el hipercubo, integrando la metodología SMEF-E (Shapley–Matrix Explainability Framework – Energy). El enfoque combina teoría de juegos cooperativos con funciones de valor Hamiltonianas, con el fin de atribuir la contribución funcional y energética del oráculo, la moneda de Grover y el operador flip-flop durante la evolución del algoritmo. La descomposición mediante valores de Shapley permite interpretar de manera cuantitativa cómo se genera la interferencia constructiva y cómo se redistribuye la energía a medida que se alcanza la probabilidad de éxito óptima. Los resultados experimentales validan los modelos teóricos y aportan transparencia sobre los mecanismos internos que sustentan la ventaja cuántica en búsqueda espacial.
This work explores the explainability of the coined quantum walk search algorithm on the hypercube by incorporating the SMEF-E (Shapley–Matrix Explainability Framework – Energy) methodology. In this approach, cooperative game theory is combined with Hamiltonian-based value functions to attribute, step by step, the energetic and functional impact of the oracle, the Grover coin, and the flip-flop shift. The resulting Shapley value decomposition offers an interpretable quantification of operator influence throughout the amplification process, revealing how constructive interference emerges and is redistributed as the algorithm approaches its optimal success probability. The experimental analysis confirms theoretical predictions while providing transparent insights into the mechanisms driving quantum advantage in spatial search.