ניטור, כיולים ובנצ'מארקינג
כיול מחשב קוונטי מחייב אופטימיזציה של פרמטרים רבים המגדירים את האותות החשמליים המפעילים את שערי הקוונטום ופעולות הקריאה. לפני שמחשב קוונטי משוחרר, תהליך הכיול הראשוני שלו כולל כוונון מדוקדק של כל פרמטר להשגת הביצועים הטובים ביותר האפשריים על פי אמות מידה הרלוונטיות לעומסי העבודה הצפויים של המחשב הקוונטי. לאחר שמחשב קוו נטי שוחרר, המטרה העיקרית היא לשמור על ביצועים עקביים לאורך כל חיי המכשיר. הערכים האופטימליים של רבים מהפרמטרים המכוילים נשארים יציבים ללא הגבלת זמן, אך חלקם משתנים עם הזמן כתוצאה מגורמים כגון שינויים בסביבת מערכות דו-רמות (TLS) על שבב המעבד הקוונטי, שינויים בתנאי הסביבה (לדוגמה, טמפרטורה) במרכז הנתונים, או חוסר יציבות בתוך מערכות הבקרה.
כדי להבטיח ביצועים עקביים, מחשבים קוונטיים של IBM® מנוטרים לעיתים קרובות כדי לעקוב אחר פרמטרים שעלולים לסחוף עם הזמן, להפעיל כיולים בעת הצורך, ולבצע בנצ'מארקינג יומי. דף זה מפרט שלושה תהליכים — ניטור, כיול ובנצ'מארקינג — הפועלים יחד כדי להבטיח שצי המחשבים הקוונטיים של IBM יישאר יציב, צפוי וזמין למשתמשים ככל האפשר.
ניטור
ניטור פרמטרים
עבודות ניטור פרמטרים קצרות מתבצעות בערך פעם בשעה, באופן אוטומטי משולבות בין עבודות משתמשים, תוך שימוש במחסנית התוכנה המלאה של Qiskit Runtime. התוצאות של עבודות אלו מנותחות כדי לבדוק האם פרמטרים כלשהם החלו לסטות מהטווחים המקובלים, מתוך מטרה לתפוס בעיות לפני שהן הופכות משמעותיות מספיק כדי להשפיע על הביצועים ברמה ניכרת.
חלק מהפרמטרים המנוטרים כוללים את הבאים:
- זוויות, אמפליטודות וסף מפלה של קריאה, המבטיחים אבחנת מצבים מדויקת, דליפה נמוכה ופעולה יציבה. זה כולל את הפרמטרים התפעוליים של המגברים בעלי ההגבלה הקוונטית שלנו.
- פעולות שערי קיוביט יחיד ושני קיוביטים, המאשרות שהם מתנהגים כמצופה כדי לשמור על זוויות סיבוב נכונות ולמזער שגיאות פאזה ואמפליטודה.
- חתימות של פעילות TLS.
אם תוצאות עבודות הניטור הללו מצביעות על סטיות מתונות מביצועיהם הצפויים, אז עבודות כיול מתאימות מופעלות. אם מזוהה פעילות TLS חמורה, ייתכן שאסטרטגיית הכיול עבור שערים הקשורים לקיוביטים המושפעים תשתנה באופן אוטומטי (ועלולה לכלול השהיית כיולים) עד שפעילות ה-TLS הזו תרד חזרה לרמות מקובלות.
ניטור הוליסטי
בנוסף לעבודות המנטרות פרמטרים בודדים, ישנן עבודות המנטרות את ביצועי המחשב הקוונטי באופן הוליסטי יותר, כגון בדיקות הבוחנות את הנאמנות של מצבי Bell שנוצרו, כמו גם בדיקות של שערים שבריריים ומעגלים דינמיים על מחשבים קוונטיים התומכים בתכונות אלו. המטרה של בדיקות אלו, המתבצעות גם הן דרך מחסנית Qiskit Runtime המלאה משולבות עם עבודות משתמשים, היא לאמת ביעילות את ההתנהגות הכוללת של החומרה והתוכנה. אם בדיקות אלו מזהות ירידה משמעותית בביצועים, המחשב הקוונטי יפסיק אוטומטית את תור העבודות עד שהבעיה תיפתר, ובכך יבטיח שעבודות משתמשים לא יפעלו עד שהמכשיר יחזור לביצועיו הצפויים.
כיול
כיולים מופעלים בכל פעם שעבודות ניטור מצביעות על כך שפרמטרים כגון אמפליטודות פולסים או זוויות סטו מערכיהם האידיאליים. הם פועלים לאורך היום בין עבודות משתמשים, ולכן אין פרק זמן קבוע שבו כיולים מתחילים ומסתיימים. אלה פועלים רק על הקיוביטים/שערים שעבורם ניטור הפרמטרים זיהה בעיות ספציפיות, יחד עם כל קיוביט הנדרש לפעול בו-זמנית לפי כללי אצוות ספציפיים. ב-QPU מסוג Heron, זמן הכיול הכולל הוא בדרך כלל פחות משעתיים ביום.
פעולות קיוביט יחיד
כיולים אלה מבטיחים יישום מדויק של שערי הקיוביט היחיד: sx, x, rx (שברי). אנחנו מכוונים:
- תדרי קיוביטים
- אמפליטודות ופאזות של פולסים
כיולים אלה מאוגדים על פני הקיוביטים המושפעים ומבוצעים במקביל במידת האפשר, עם אסטרטגיות אצוות המותאמות לכל סוג כיול.
פעולות שני קיוביטים
- אמפליטודות ופאזות של שערי CZ ו-RZZ (עבור מעבדי Heron ו-Nighthawk)
- אמפליטודות ופאזות של שערי ECR (עבור מעבדי Eagle)
כיולים אלה מופעלים במנות של קיוביטים שאינם שכנים ישירים כדי למזער קרוסטוק.
קריאה
- זוויות פולסי קריאה
- פרמטרי הבחנת מדידה
כיולים אלה מופעלים בו-זמנית על קיוביטים הדורשים כיול.
כיצד מתוזמנים כיולים
- עבודת כיול לא יכולה לפעול בו-זמנית עם עבודה או session פעילים.
- לכן, במהלך sessions ארוכים, המחשב הקוונטי עלול לחוות יציבות אפקטיבית מופחתת עקב כיול מחדש מעוכב או לא תכוף.
- שתי עבודות שהוגשו בו-זמנית עלולות לפעול תחת קבוצות כיול שונות, בהתאם לתזמון.
בנצ'מארקינג
בנצ'מארקינג יומי מעניק תמונה מקיפה של ביצועי המחשב הקוונטי ומייצר את המדדים הנשלחים למשתמשים דרך Qiskit. הם עוזרים למשתמשים לבחור קיוביטים, לאופטימיזציה של קומפילציות, ולצפות טוב יותר בביצועי המעגל הצפויים. ניתן לצפות במספרים המדווחים באופן תוכנתי או בדף משאבי חישוב (לחץ על כל QPU כדי לפתוח את כרטיס המידע המפורט שלו). מצא פרטים נוספים על כל מדד בתיעוד.
ההשפעה של סחיפת מכשיר (ביצועי חומרה המתדרדרים עם הזמן) תלויה בגורמים רבים, כגון מתי בוצעו כיולים לאחרונה, הניסוי הספציפי שבוצע, פעילויות TLS כלשהן, וכן הלאה. אם עומס עבודה מסוים רגיש מאוד לערכי שגיאות פרמטרי מכשיר, ניתן לבצע בנצ'מארקינג פרמטרים של מכשיר בזמן אמת על ידי ביצוע מדריך זה ב-IBM Quantum Learning.
ביצועי קיוביט יחיד
- בנצ'מארקינג אקראי (RB) בקבוצות מאוגדות
- זמני קוהרנטיות עבור ו-
- מדדי נאמנות מדידה
ביצועי שני קיוביטים
- EPG שערי CZ ו-RZZ השבריים (Heron), ECR (Eagle) כפי שנמדד על ידי RB על שערים אלו
מדדי רמת מערכת
- נאמנות שכבה (EPLG), עבור מחרוזת האורך הטובה ביותר של 100 קיוביטים