Supervisión, calibraciones y evaluaciones comparativas

La calibración de un ordenador cuántico requiere la optimización de una gran cantidad de parámetros que definen las señales eléctricas que activan las puertas cuánticas y las operaciones de lectura. Antes de que se lance al mercado un ordenador cuántico, su proceso de calibración inicial implica ajustar minuciosamente cada parámetro para lograr el mejor rendimiento posible basándose en puntos de referencia relevantes para las cargas de trabajo previstas del ordenador cuántico. Una vez que se ha lanzado un ordenador cuántico, el objetivo principal es mantener un rendimiento constante durante toda la vida útil del dispositivo. Los valores óptimos de muchos de los parámetros calibrados permanecen estables indefinidamente, pero algunos varían con el tiempo como resultado de factores tales como cambios en el entorno de los sistemas de dos niveles ( TLS ) en el chip del procesador cuántico, cambios en las condiciones ambientales (por ejemplo, la temperatura) en el centro de datos o inestabilidad dentro de los sistemas de control.

Para garantizar un rendimiento constante, las computadoras cuánticas de IBM® se supervisan con frecuencia para realizar un seguimiento de los parámetros que pueden variar con el tiempo, ejecutar calibraciones cuando sea necesario y realizar evaluaciones comparativas diarias. Esta página detalla tres procesos —supervisión, calibración y evaluación comparativa— que funcionan conjuntamente para garantizar que la flota de ordenadores cuánticos de IBM siga siendo lo más estable, predecible y accesible posible para los usuarios.

Supervisión

Monitorización de parámetros

Las tareas de supervisión de parámetros breves se ejecutan aproximadamente una vez por hora, intercaladas automáticamente entre las tareas de los usuarios, utilizando la pila completa de software Qiskit Runtime. Los resultados de estas tareas se analizan para comprobar si algún parámetro ha comenzado a desviarse de los rangos aceptables, con el objetivo de detectar los problemas antes de que alcancen un nivel significativo que afecte al rendimiento de forma notable.

Algunos de los parámetros supervisados incluyen los siguientes:

• Ángulos de lectura, amplitudes y umbral del discriminador, lo que garantiza una discriminación precisa del estado, bajas fugas y un funcionamiento estable. Esto incluye los parámetros operativos de nuestros amplificadores cuánticos limitados.
• Operaciones de puerta de uno y dos qubits, confirmando que se comportan según lo esperado para mantener los ángulos de rotación correctos y minimizar los errores de fase y amplitud.
• Señales de una actividad e TLS.

Si los resultados de estas tareas de supervisión indican desviaciones modestas con respecto al rendimiento esperado, se inician las tareas de calibración adecuadas. Si se detecta una actividad e TLS e grave, la estrategia de calibración de las puertas asociadas a los qubits afectados podría modificarse automáticamente (y podría incluir la pausa de las calibraciones) hasta que dicha actividad e TLS e disminuya de nuevo a niveles aceptables.

Monitorización holística

Además de los trabajos que supervisan parámetros individuales, hay otros que supervisan el rendimiento del ordenador cuántico de forma más holística, como las pruebas que analizan la fidelidad de los estados de Bell generados, así como las pruebas de puertas fraccionarias y circuitos dinámicos en ordenadores cuánticos que admiten esas características. El objetivo de estas pruebas, que también se ejecutan a través de toda la pila Qiskit Runtime intercaladas con trabajos de los usuarios, es validar de manera eficiente el comportamiento general del hardware y el software. Si estas pruebas detectan una caída significativa en el rendimiento, el ordenador cuántico detendrá automáticamente la cola de trabajos hasta que se resuelva el problema, garantizando que los trabajos de los usuarios no se ejecuten hasta que el dispositivo vuelva a funcionar como se espera.

calibración

Las calibraciones se activan cada vez que las tareas de supervisión indican que parámetros como las amplitudes o los ángulos de los pulsos se han desviado de sus valores ideales. Se ejecutan a lo largo del día entre las tareas de los usuarios, por lo que no hay un periodo de tiempo establecido en el que comiencen y terminen las calibraciones. Estos solo se ejecutan en los qubits/puertas para los que la supervisión de parámetros ha identificado problemas específicos, junto con cualquier qubit que deba ejecutarse al mismo tiempo según reglas de agrupación específicas. En las QPU de Heron, el tiempo total dedicado a las calibraciones suele ser inferior a dos horas al día.

Operaciones con un solo qubit

Estas calibraciones garantizan la implementación precisa de las puertas de un solo qubit: sx, x, rx (fraccional). Ajustamos:

• Frecuencias de qubits
• Amplitudes y fases de los pulsos

Estas calibraciones se agrupan por lotes en los qubits afectados y se ejecutan simultáneamente cuando procede, con estrategias de agrupación por lotes adaptadas a cada tipo de calibración.

Operaciones de dos qubits

• Amplitudes y fases de las puertas CZ y RZZ (para procesadores Heron y Nighthawk)
• Amplitudes y fases de la puerta ECR (para procesadores Eagle)

Estas calibraciones se ejecutan en lotes de qubits no vecinos más cercanos para minimizar la interferencia.

Lectura

• Ángulos de pulso de lectura
• Parámetros de discriminación de medición

Estas calibraciones se ejecutan simultáneamente en los qubits que requieren calibración.

Cómo se programan las calibraciones

• No se puede ejecutar un trabajo de calibración simultáneamente mientras se está ejecutando un trabajo o una sesión.
• Por lo tanto, durante sesiones prolongadas, el ordenador cuántico puede experimentar una reducción de la estabilidad efectiva debido a un retraso o a una recalibración poco frecuente.
• Dos trabajos enviados al mismo tiempo pueden ejecutarse con diferentes conjuntos de calibración, dependiendo del momento en que se envíen.

Realización de evaluaciones comparativas (Benchmarking)

Las comparativas diarias ofrecen una visión completa del rendimiento de los ordenadores cuánticos y generan las métricas que se envían a los usuarios a través de Qiskit. Ayudan a los usuarios a elegir qubits, optimizar compilaciones y anticipar mejor el rendimiento esperado de los circuitos. Puede ver los números reportados ya sea mediante programación o en la página de recursos de Compute (haga clic en cualquier QPU para abrir su tarjeta de información detallada). Encuentre más detalles sobre cada métrica en la documentación.

Rendimiento de un solo qubit

• Evaluación comparativa aleatoria (RB) en grupos por lotes
• Tiempos de coherencia para $T_1$ y $T_2$
• Métricas de fidelidad de medición

Rendimiento de dos qubits

• EPG (Heron) y ECR (Eagle) de compuerta fraccionaria CZ y RZZ, medidos por RB en esas compuertas

Métricas a nivel del sistema

• Fidelidad de capa (EPLG), para la mejor cadena de 100 qubits de longitud