En este trabajo se desarrollan-en orden-los fundamentos de la Física Cuántica, y de la Computación Cuántica, una noción completa de las arquitecturas multicapa tolerante a fallos para la implementación física de una computadora cuántica, para completar los primeros cuatro capítulos con las técnicas propias para la simulación de este nuevo paradigma sobre placas multicore del tipo General-Purpose Computing on Graphics Processing Units (GPGPU). La segunda parte de este trabajo consiste en los tres capítulos inmediatamente siguientes, los cuales suman 10 innovaciones en este campo, a saber: 1. el Proceso de Ortogonalización Booleano (POB) con su inversa, 2. el Proceso de Ortogonalización de Gram-Schmidt Mejorado (POGSMe) con su inversa, 3. el Proceso de Ortogonalización Cuántico (POCu) con su inversa, 4. la Red Ortogonalizadora Booleana Sistólica (ROBS), 5. la Red Ortogonalizadora Cuántica Sistólica (ROCS), y 6. una métrica que llamamos Tasa Dimensional de Entrada-Salida (TDES) la cual fue creada para monitorear el impacto del mejorador para la estabilidad del Proceso Ortogonalizador de Gram-Schmidt en el costo computacional final. 7. una versión mejorada de las ya conocidas Memorias Matriciales Correlacionadas Booleanas (MMCB), es decir, la MMCB mejorada (MMCBMe) en base al innovador Proceso de Ortonormalización Booleano (POB) del Capítulo 5, 8. la Memoria Matricial Correlacionada Cuántica (MMCCu), y 9. la MMCCu Mejorada (MMCCuMe) en base al Proceso de Ortogonalización Cuántico (POCu) implementado en forma sistólica y conocida como la Red Ortogonalizadora Cuántica Sistólica (ROCS) del Capítulo 5.10. el Capítulo 7, el cual contiene las simulaciones computacionales, las cuales verifican fehacientemente la mejora en la performance de almacenamiento como resultado de aplicar el POCu a las MMCCu, así como una serie de simulaciones relativas a arreglos uni, bi y tridimensionales, los cuales representan señales, imágenes (multimediales, documentales, satelitales, biométricas, etc.) y video o bien imágenes multi e hiper-espectrales satelitales, tomografías o resonancias magnéticas seriadas, respectivamente. Dichas simulaciones tienen por objeto verificar los atributos de ortogonalización de los algoritmos desarrollados. Dado que es la primera vez que en la literatura se realizan este tipo de simulaciones en GPGPU para esta tecnología, el Capítulo 7 representa en si mismo el décimo aporte del presente trabajo a esta área del conocimiento. Un último capítulo reservado a conclusiones parciales por capítulo y generales del trabajo como un todo.

Este trabajo trata sobre la aplicación de dos algoritmos de búsqueda a la selección de individuos óptimos en la población inicial de un algoritmo genético, y la consiguiente comparación entre ambos. El primero de ellos es el algoritmo meta-heurístico GRASP, y el segundo es el algoritmo cuántico de Grover. El algoritmo cuántico de Grover forma parte de una nueva generación en las ciencias de la computación: la computación cuántica. Y por tanto hace uso de conceptos matemáticos y físicos completamente distintos a los usados en la programación clásica. En esta tesis se presenta un análisis general de ambos algoritmos, siendo de especial mención el análisis del algoritmo cuántico de Grover, ya que incluye un modelo matemático del funcionamiento del mismo. Este modelo será de suma importancia para simular la ejecución del algoritmo de Grover en una computadora clásica, dada la carencia de una computadora cuántica sobre la cual realizar esto. Luego, se preparan dos procesos experimentales, los cuales se usarán para realizar la comparación de eficacia y eficiencia entre las ejecuciones de los dos algoritmos. Posteriormente, se presenta el diseño e implementación de los algoritmos, ambos aplicados a la selección de individuos de un algoritmo genético genérico. Una vez ambos algoritmos se encuentren correctamente implementados y funcionales, se ejecutarán las pruebas experimentales que permitan realizar la comparación entre ellos. Finalmente se realizan las conclusiones y observaciones del caso en base a los resultados numéricos obtenidos en la fase experimental. / Tesis

Este trabajo trata sobre la aplicación de dos algoritmos de búsqueda a la selección de individuos óptimos en la población inicial de un algoritmo genético, y la consiguiente comparación entre ambos. El primero de ellos es el algoritmo meta-heurístico GRASP, y el segundo es el algoritmo cuántico de Grover. El algoritmo cuántico de Grover forma parte de una nueva generación en las ciencias de la computación: la computación cuántica. Y por tanto hace uso de conceptos matemáticos y físicos completamente distintos a los usados en la programación clásica. En esta tesis se presenta un análisis general de ambos algoritmos, siendo de especial mención el análisis del algoritmo cuántico de Grover, ya que incluye un modelo matemático del funcionamiento del mismo. Este modelo será de suma importancia para simular la ejecución del algoritmo de Grover en una computadora clásica, dada la carencia de una computadora cuántica sobre la cual realizar esto. Luego, se preparan dos procesos experimentales, los cuales se usarán para realizar la comparación de eficacia y eficiencia entre las ejecuciones de los dos algoritmos. Posteriormente, se presenta el diseño e implementación de los algoritmos, ambos aplicados a la selección de individuos de un algoritmo genético genérico. Una vez ambos algoritmos se encuentren correctamente implementados y funcionales, se ejecutarán las pruebas experimentales que permitan realizar la comparación entre ellos. Finalmente se realizan las conclusiones y observaciones del caso en base a los resultados numéricos obtenidos en la fase experimental.

La computación cuántica es uno de los campos de investigación más activos en los últimos años. La idea de realizar computación mediante bits cuánticos (cúbits) se remonta a Benioff y Feynman en la década de 1980. Esto dio origen al modelo del circuito que es un enfoque que utiliza compuertas cuánticas para describir transformaciones sobre cúbits en un estado inicial. Otra alternativa es el modelo de computación cuántica basado en mediciones (MBQC). En particular, el llamado modelo one-way que es el primero de este tipo. Este modelo no utiliza compuertas, sino mediciones de un cúbit a la vez sobre un estado cuántico de múltiples cúbits altamente entrelazado. Este modelo se origina en el trabajo seminal de Raussendorf & Briegel [53] quienes demostraron la computación cuántica universal en estados cluster o grafos. En la presente investigación, estudiamos la implementación de circuitos cuánticos utilizando estados grafos con el modelo one-way. Proponemos un sistema de clasificación de los circuitos implementables utilizando un código en base ternaria que permite representar las distintas configuraciones de grafos lineales. Con el empleo de esta clasificación, estimamos recursivamente el número de circuitos implementables con un cluster lineal y mostramos que crece de manera exponencial en función al número de cúbits. Esta clasificación puede usarse para operar un compilador de una computadora cuántica tipo one-way. Un compilador cuántico para una computadora que use el modelo one-way va a requerir realizar mediciones y/o transformaciones sobre cúbits de forma selectiva. El orden de estas mediciones y sobre qué cúbit se implemente cuál transormación dependerá del circuito requerido por el usuario del computador cuántico.

Tesis por compendio / [ES] En esta tesis doctoral se propone y evalúa un sistema para detectar señales débiles (weak signals) relacionadas con cambios futuros trascendentales. Si bien la mayoría de las soluciones conocidas se basan en el uso de datos estructurados, el sistema propuesto detecta cuantitativamente estas señales utilizando información heterogénea y no estructurada de fuentes científicas, periodísticas y de redes sociales. La predicción de nuevas tendencias en un medio tiene muchas aplicaciones. Por ejemplo, empresas y startups se enfrentan a cambios constantes en sus mercados que son muy difíciles de predecir. Por esta razón, el desarrollo de sistemas para detectar automáticamente cambios futuros significativos en una etapa temprana es relevante para que cualquier organización tome decisiones acertadas a tiempo. Este trabajo ha sido diseñado para obtener señales débiles del futuro en cualquier campo dependiendo únicamente del conjunto de datos de entrada de documentos. Se aplican técnicas de minería de textos y procesamiento del lenguaje natural para procesar todos estos documentos. Como resultado, se obtiene un mapa con un ranking de términos, una lista de palabras clave clasificadas automáticamente y una lista de expresiones formadas por múltiples palabras. El sistema completo se ha probado en cuatro sectores diferentes: paneles solares, inteligencia artificial, sensores remotos e imágenes médicas. Este trabajo ha obtenido resultados prometedores, evaluados con dos metodologías diferentes. Como resultado, el sistema ha sido capaz de detectar de forma satisfactoria nuevas tendencias en etapas muy tempranas que se han vuelto cada vez más importantes en la actualidad. La computación cuántica es un nuevo paradigma para una multitud de aplicaciones informáticas. En esta tesis doctoral también se presenta un estudio de las tecnologías disponibles en la actualidad para la implementación física de qubits y puertas cuánticas, estableciendo sus principales ventajas y desventajas, y los marcos disponibles para la programación e implementación de circuitos cuánticos. Con el fin de mejorar la efectividad del sistema, se describe un diseño de un circuito cuántico basado en máquinas de vectores de soporte (SVM) para la resolución de problemas de clasificación. Este circuito está especialmente diseñado para los ruidosos procesadores cuánticos de escala intermedia (NISQ) que están disponibles actualmente. Como experimento, el circuito ha sido probado en un computador cuántico real basado en qubits superconductores por IBM como una mejora para el subsistema de minería de texto en la detección de señales débiles. Los resultados obtenidos con el experimento cuántico muestran también conclusiones interesantes y una mejora en el rendimiento de cerca del 20% sobre los sistemas convencionales, pero a su vez confirman que aún se requiere un desarrollo tecnológico continuo para aprovechar al máximo la computación cuántica. / [CA] En aquesta tesi doctoral es proposa i avalua un sistema per detectar senyals febles (weak signals) relacionats amb canvis futurs transcendentals. Si bé la majoria de solucions conegudes es basen en l'ús de dades estructurades, el sistema proposat detecta quantitativament aquests senyals utilitzant informació heterogènia i no estructurada de fonts científiques, periodístiques i de xarxes socials. La predicció de noves tendències en un medi té moltes aplicacions. Per exemple, empreses i startups s'enfronten a canvis constants als seus mercats que són molt difícils de predir. Per això, el desenvolupament de sistemes per detectar automàticament canvis futurs significatius en una etapa primerenca és rellevant perquè les organitzacions prenguen decisions encertades a temps. Aquest treball ha estat dissenyat per obtenir senyals febles del futur a qualsevol camp depenent únicament del conjunt de dades d'entrada de documents. S'hi apliquen tècniques de mineria de textos i processament del llenguatge natural per processar tots aquests documents. Com a resultat, s'obté un mapa amb un rànquing de termes, un llistat de paraules clau classificades automàticament i un llistat d'expressions formades per múltiples paraules. El sistema complet s'ha provat en quatre sectors diferents: panells solars, intel·ligència artificial, sensors remots i imatges mèdiques. Aquest treball ha obtingut resultats prometedors, avaluats amb dues metodologies diferents. Com a resultat, el sistema ha estat capaç de detectar de manera satisfactòria noves tendències en etapes molt primerenques que s'han tornat cada cop més importants actualment. La computació quàntica és un paradigma nou per a una multitud d'aplicacions informàtiques. En aquesta tesi doctoral també es presenta un estudi de les tecnologies disponibles actualment per a la implementació física de qubits i portes quàntiques, establint-ne els principals avantatges i desavantatges, i els marcs disponibles per a la programació i implementació de circuits quàntics. Per tal de millorar l'efectivitat del sistema, es descriu un disseny d'un circuit quàntic basat en màquines de vectors de suport (SVM) per resoldre problemes de classificació. Aquest circuit està dissenyat especialment per als sorollosos processadors quàntics d'escala intermèdia (NISQ) que estan disponibles actualment. Com a experiment, el circuit ha estat provat en un ordinador quàntic real basat en qubits superconductors per IBM com una millora per al subsistema de mineria de text. Els resultats obtinguts amb l'experiment quàntic també mostren conclusions interessants i una millora en el rendiment de prop del 20% sobre els sistemes convencionals, però a la vegada confirmen que encara es requereix un desenvolupament tecnològic continu per aprofitar al màxim la computació quàntica. / [EN] In this doctoral thesis, a system to detect weak signals related to future transcendental changes is proposed and tested. While most known solutions are based on the use of structured data, the proposed system quantitatively detects these signals using heterogeneous and unstructured information from scientific, journalistic, and social sources. Predicting new trends in an environment has many applications. For instance, companies and startups face constant changes in their markets that are very difficult to predict. For this reason, developing systems to automatically detect significant future changes at an early stage is relevant for any organization to make right decisions on time. This work has been designed to obtain weak signals of the future in any field depending only on the input dataset of documents. Text mining and natural language processing techniques are applied to process all these documents. As a result, a map of ranked terms, a list of automatically classified keywords and a list of multi-word expressions are obtained. The overall system has been tested in four different sectors: solar panels, artificial intelligence, remote sensing, and medical imaging. This work has obtained promising results that have been evaluated with two different methodologies. As a result, the system was able to successfully detect new trends at a very early stage that have become more and more important today. Quantum computing is a new paradigm for a multitude of computing applications. This doctoral thesis also presents a study of the technologies that are currently available for the physical implementation of qubits and quantum gates, establishing their main advantages and disadvantages and the available frameworks for programming and implementing quantum circuits. In order to improve the effectiveness of the system, a design of a quantum circuit based on support vector machines (SVMs) is described for the resolution of classification problems. This circuit is specially designed for the noisy intermediate-scale quantum (NISQ) computers that are currently available. As an experiment, the circuit has been tested on a real quantum computer based on superconducting qubits by IBM as an improvement for the text mining subsystem in the detection of weak signals. The results obtained with the quantum experiment show interesting outcomes with an improvement of close to 20% better performance than conventional systems, but also confirm that ongoing technological development is still required to take full advantage of quantum computing. / Griol Barres, I. (2022). Modelling of a System for the Detection of Weak Signals Through Text Mining and NLP. Proposal of Improvement by a Quantum Variational Circuit [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/183029 / TESIS / Compendio