Surveillance, étalonnages et analyses comparatives

Le calibrage d'un ordinateur quantique nécessite l'optimisation d'une multitude de paramètres définissant les signaux électriques qui actionnent les portes quantiques et les opérations de lecture. Avant la mise sur le marché d'un ordinateur quantique, son processus d'étalonnage initial consiste à régler minutieusement chaque paramètre afin d'obtenir les meilleures performances possibles sur la base de critères de référence pertinents pour les charges de travail prévues de l'ordinateur quantique. Une fois qu'un ordinateur quantique a été mis sur le marché, l'objectif principal est de maintenir des performances constantes pendant toute la durée de vie de l'appareil. Les valeurs optimales de nombreux paramètres calibrés restent stables indéfiniment, mais certaines varient au fil du temps en raison de facteurs tels que les changements dans l'environnement des systèmes à deux niveaux ( TLS ) sur la puce du processeur quantique, les changements dans les conditions ambiantes (par exemple, la température) dans le centre de données ou l'instabilité au sein des systèmes de contrôle.

Afin de garantir des performances constantes, les ordinateurs quantiques d' IBM® s sont fréquemment surveillés afin de suivre les paramètres susceptibles de dériver au fil du temps, d'effectuer des étalonnages lorsque cela est nécessaire et de réaliser des tests de performance quotidiens. Cette page détaille trois processus — surveillance, étalonnage et benchmarking — qui fonctionnent conjointement pour garantir que la flotte d'ordinateurs quantiques de l' IBM reste aussi stable, prévisible et accessible que possible pour les utilisateurs.

Surveillance

Surveillance des paramètres

Des tâches de surveillance des paramètres de courte durée sont exécutées environ une fois par heure, automatiquement intercalées entre les tâches des utilisateurs, à l'aide de la pile logicielle complète du service de calcul d' IBM Quantum. Les résultats de ces tâches sont analysés afin de vérifier si certains paramètres ont commencé à s'écarter des plages acceptables, l'objectif étant, dans l'idéal, de détecter les problèmes avant qu'ils ne deviennent suffisamment importants pour affecter les performances de manière perceptible.

Parmi les paramètres surveillés, on trouve notamment les suivants :

• Angles de lecture, amplitudes et seuil du discriminateur, garantissant une discrimination précise des états, une faible fuite et un fonctionnement stable. Cela inclut les paramètres opérationnels de nos amplificateurs à limitation quantique.
• Opérations de porte à un et deux qubits, confirmant qu'elles se comportent comme prévu pour maintenir des angles de rotation corrects et minimiser les erreurs de phase et d'amplitude.
• Signes d'activité d' TLS.

Si les résultats de ces tâches de surveillance indiquent des écarts modestes par rapport aux performances attendues, des tâches d'étalonnage appropriées sont alors lancées. Si une activité d' TLS e importante est détectée, la stratégie d'étalonnage des portes associées aux qubits concernés peut être automatiquement modifiée (et peut inclure la mise en pause des étalonnages) jusqu'à ce que cette activité d' TLS e redescende à des niveaux acceptables.

Surveillance holistique

Outre les tâches de surveillance de paramètres individuels, il existe des tâches qui évaluent les performances de l'ordinateur quantique de manière plus globale, telles que les tests portant sur la fidélité des états de Bell générés, ainsi que les tests portant sur les portes fractionnaires et les circuits dynamiques sur les ordinateurs quantiques prenant en charge ces fonctionnalités. L'objectif de ces tests, qui s'exécutent également sur l'ensemble de la pile de calcul quantique en alternance avec les tâches des utilisateurs, est de valider efficacement le comportement global du matériel et des logiciels. Si ces tests détectent une baisse significative des performances, l'ordinateur quantique mettra automatiquement en attente la file d'attente des tâches jusqu'à ce que le problème soit résolu, garantissant ainsi que les tâches des utilisateurs ne s'exécuteront pas tant que l'appareil n'aura pas retrouvé ses performances normales.

Calibrage

Les calibrages sont déclenchés dès que les tâches de surveillance indiquent que des paramètres tels que les amplitudes ou les angles d'impulsion s'écartent de leurs valeurs idéales. Ils s'exécutent tout au long de la journée entre les tâches des utilisateurs, et il n'y a donc pas de période définie pour le début et la fin des calibrages. Ces opérations ne s'exécutent que sur les qubits/portes pour lesquels la surveillance des paramètres a identifié des problèmes spécifiques, ainsi que sur tous les qubits devant fonctionner simultanément conformément à des règles de regroupement spécifiques. Sur les QPU Heron, le temps total consacré aux calibrages est généralement inférieur à deux heures par jour.

Opérations sur un seul qubit

Ces calibrations garantissent la mise en œuvre précise des portes à un seul qubit : sx, x, rx (fractionnaire). Nous ajustons :

• Fréquences des qubits
• Amplitudes et phases des impulsions

Ces étalonnages sont regroupés par lots pour les qubits concernés et exécutés simultanément lorsque cela est approprié, avec des stratégies de regroupement adaptées à chaque type d'étalonnage.

Opérations à deux qubits

• Amplitudes et phases des portes CZ et RZZ (pour les processeurs Heron et Nighthawk)
• Amplitudes et phases des portes ECR (pour les processeurs Eagle)

Ces étalonnages sont effectués par lots de qubits non voisins les plus proches afin de minimiser la diaphonie.

Présentation

• Angles d'impulsion de lecture
• Paramètres de discrimination de mesure

Ces étalonnages sont effectués simultanément sur les qubits qui nécessitent un étalonnage.

Comment les étalonnages sont planifiés

• Une tâche de calibrage ne peut pas être exécutée simultanément pendant qu'une tâche ou une session est en cours d'exécution.
• Par conséquent, lors de longues sessions, l'ordinateur quantique peut connaître une stabilité effective réduite en raison d'un recalibrage retardé ou peu fréquent.
• Deux tâches soumises en même temps peuvent être exécutées selon des ensembles de calibrage différents, en fonction du moment où elles sont soumises.

Test de performances

Le benchmarking quotidien offre une vue d'ensemble des performances des ordinateurs quantiques et génère les métriques envoyées aux utilisateurs via Qiskit. Ils aident les utilisateurs à choisir les qubits, à optimiser les compilations et à mieux anticiper les performances attendues des circuits. Vous pouvez consulter les chiffres rapportés soit par programmation, soit sur la page Ressources de calcul (cliquez sur n'importe quel QPU pour ouvrir sa fiche d'informations détaillées). Vous trouverez plus de détails sur chaque indicateur dans la documentation.

Performances d'un seul qubit

• Benchmarking aléatoire (RB) dans des groupes par lots
• Temps de cohérence pour $T_1$ et $T_2$
• Mesures de fidélité des mesures

Performances à deux qubits

• EPG fractionnaire CZ et RZZ (Heron), ECR (Eagle) mesurés par RB sur ces portes

Indicateurs au niveau du système

• Fidélité de couche (EPLG), pour la meilleure chaîne de 100 qubits