Pantau, tentukur dan tanda aras

Menentukur komputer kuantum memerlukan pengoptimuman banyak parameter yang menentukan isyarat elektrik yang menggerakkan operasi gate kuantum dan pembacaan. Sebelum komputer kuantum dikeluarkan, proses penentukuran awalnya melibatkan penalaan menyeluruh setiap parameter untuk mencapai prestasi terbaik berdasarkan penanda aras yang relevan dengan beban kerja yang dijangka bagi komputer kuantum tersebut. Setelah komputer kuantum dikeluarkan, matlamat utama adalah untuk mengekalkan prestasi yang konsisten sepanjang hayat peranti. Nilai optimum bagi banyak parameter yang ditentukur kekal stabil tanpa had masa, tetapi sesetengahnya berubah dari masa ke masa akibat faktor seperti perubahan dalam persekitaran sistem dua aras (TLS) pada cip pemproses kuantum, perubahan keadaan ambien (contohnya, suhu) di pusat data, atau ketidakstabilan dalam sistem kawalan.

Untuk memastikan prestasi yang konsisten, komputer kuantum IBM® dipantau dengan kerap bagi menjejaki parameter yang mungkin menyimpang dari masa ke masa, menjalankan penentukuran apabila diperlukan, dan melaksanakan penanda aras harian. Halaman ini memperincikan tiga proses — pemantauan, penentukuran, dan penanda aras — yang bekerjasama untuk memastikan armada komputer kuantum IBM kekal stabil, boleh diramal, dan tersedia kepada pengguna sebanyak mungkin.

Pantau

Pantau parameter

Kerja pemantauan parameter ringkas dilaksanakan kira-kira sekali sejam, diselangi secara automatik antara kerja pengguna, menggunakan tindanan perisian IBM Quantum Compute Service yang penuh. Keputusan kerja-kerja ini dianalisis untuk menyemak sama ada mana-mana parameter telah mula menyimpang daripada julat yang boleh diterima, dengan idealnya mengesan isu sebelum ia cukup besar untuk menjejaskan prestasi secara ketara.

Beberapa parameter yang dipantau termasuk yang berikut:

• Sudut pembacaan, amplitud, dan ambang diskriminator, memastikan pembezaan keadaan yang tepat, kebocoran rendah dan operasi yang stabil. Ini termasuk parameter operasi amplifier berhad-kuantum (quantum-limited) kami.

• Operasi gate qubit tunggal dan dua qubit, mengesahkan ia berkelakuan seperti yang dijangka untuk mengekalkan sudut putaran yang betul dan meminimumkan ralat fasa dan amplitud.

• Tanda-tanda aktiviti TLS.

Jika keputusan kerja pemantauan ini menunjukkan penyelewengan kecil daripada prestasi yang dijangka, maka kerja penentukuran yang sesuai akan dilancarkan. Jika aktiviti TLS yang teruk dikesan, maka strategi penentukuran untuk gate yang berkaitan dengan qubit yang terjejas mungkin diubah secara automatik (dan boleh termasuk menghentikan penentukuran sementara) sehingga aktiviti TLS tersebut berkurangan kembali ke tahap yang boleh diterima.

Pantau secara holistik

Selain kerja yang memantau parameter individu, terdapat kerja yang memantau prestasi komputer kuantum secara lebih menyeluruh, seperti ujian yang melihat kesetiaan keadaan Bell yang dijana, serta ujian gate pecahan dan litar dinamik pada komputer kuantum yang menyokong ciri-ciri tersebut. Matlamat ujian-ujian ini, yang juga berjalan melalui tindanan Quantum Compute penuh diselangi dengan kerja pengguna, adalah untuk mengesahkan tingkah laku keseluruhan perkakasan dan perisian secara cekap. Jika ujian-ujian ini mengesan penurunan prestasi yang ketara, komputer kuantum akan secara automatik menghentikan baris gilir kerja sehingga isu diselesaikan, memastikan kerja pengguna tidak akan berjalan sehingga peranti berfungsi seperti yang dijangka semula.

Tentukur

Penentukuran dicetuskan apabila kerja pemantauan menunjukkan bahawa parameter seperti amplitud atau sudut nadi telah menyimpang daripada nilai idealnya. Ia berjalan sepanjang hari di antara kerja pengguna, dan oleh itu tiada tempoh masa tetap di mana penentukuran bermula dan berakhir. Ini hanya dijalankan pada qubit/gate di mana pemantauan parameter telah mengenal pasti isu tertentu, bersama mana-mana qubit yang perlu dijalankan pada masa yang sama mengikut peraturan pengelompokan tertentu. Pada QPU Heron, jumlah masa yang digunakan untuk penentukuran biasanya kurang daripada dua jam sehari.

Operasi qubit tunggal

Penentukuran ini memastikan pelaksanaan tepat gate qubit tunggal: sx, x, rx (pecahan). Kami melaraskan:

• Frekuensi qubit

• Amplitud dan fasa nadi

Penentukuran ini dikelompokkan merentasi qubit yang terjejas dan dilaksanakan secara serentak di mana sesuai, dengan strategi pengelompokan yang disesuaikan dengan setiap jenis penentukuran.

Operasi dua qubit

• Amplitud dan fasa gate CZ dan RZZ (untuk pemproses Heron dan Nighthawk)

• Amplitud dan fasa gate ECR (untuk pemproses Eagle)

Penentukuran ini dijalankan dalam kelompok qubit yang bukan jiran terdekat untuk meminimumkan crosstalk.

Pembacaan

• Sudut nadi pembacaan

• Parameter diskriminasi pengukuran

Penentukuran ini dijalankan serentak pada qubit yang memerlukan penentukuran.

Cara penentukuran dijadualkan

• Kerja penentukuran tidak boleh berjalan serentak semasa kerja atau sesi sedang berjalan.

• Oleh itu, semasa sesi yang panjang, komputer kuantum mungkin mengalami kestabilan efektif yang berkurangan disebabkan oleh penentukuran semula yang tertangguh atau jarang.

• Dua kerja yang dihantar pada masa yang sama mungkin berjalan di bawah set penentukuran yang berbeza, bergantung pada pemasaan.

Tanda aras

Penanda aras harian memberikan pandangan komprehensif tentang prestasi komputer kuantum dan menjana metrik yang dihantar kepada pengguna melalui Qiskit (seperti dalam backend.properties()). Ia membantu pengguna memilih qubit, mengoptimumkan penyusunan, dan menjangka prestasi Circuit yang dijangka dengan lebih baik. Anda boleh melihat nombor yang dilaporkan sama ada secara aturcara melalui Qiskit atau di halaman Sumber pengiraan (klik mana-mana QPU untuk membuka kad maklumat terperinci). Cari butiran lanjut tentang setiap metrik dalam panduan Maklumat QPU.

Metrik penanda aras dan pencirian berbanding parameter penentukuran

Parameter kawalan peranti yang digunakan untuk mengendalikan QPU (seperti amplitud denyutan, fasa, frekuensi, sudut pembacaan dan parameter diskriminasi) tidak diterbitkan terus ke backend.properties(). Sebaliknya, backend.properties() melaporkan hasil rutin penanda aras berkala (termasuk pengukuran pencirian seperti $T_1$ dan $T_2$, serta kadar ralat gate dan ralat pembacaan), dengan setiap sifat dipasangkan dengan cap masa ketika ia diukur.

Atribut last_update_date pada backend.properties() (dipaparkan sebagai cap masa "penentukuran terakhir" dalam IBM Quantum Platform) merekodkan bila penentukuran peranti yang mendasari dikemas kini kali terakhir. Oleh sebab penentukuran dicetuskan secara dinamik sepanjang hari, last_update_date dikemas kini setiap kali penentukuran berlaku, secara bebas daripada cap masa penanda aras bagi setiap sifat.

Hanyutan peranti

Impak hanyutan peranti (prestasi perkakasan yang merosot dari masa ke masa) bergantung pada banyak faktor, seperti masa penentukuran terakhir dijalankan, eksperimen tertentu yang dilakukan, sebarang aktiviti TLS, dan sebagainya. Jika beban kerja tertentu sangat sensitif terhadap nilai ralat parameter peranti, anda boleh melaksanakan penanda aras parameter peranti masa nyata dengan mengikuti tutorial ini dalam IBM Quantum Learning.

Prestasi qubit tunggal

• Penanda aras rawak (RB) dalam kumpulan berkelompok

• Masa koheren untuk $T_1$ dan $T_2$

• Metrik kesetiaan pengukuran

Prestasi dua qubit

• EPG gate pecahan CZ dan RZZ (Heron), ECR (Eagle) seperti yang diukur oleh RB pada gate tersebut

Metrik peringkat sistem

• Kesetiaan lapisan (EPLG), untuk rentetan 100 qubit yang terbaik