監視、校正、およびベンチマーク

量子コンピュータのキャリブレーションには、量子ゲートと読み出し操作を駆動する電気信号を定義する多数のパラメータを最適化する必要がある。 量子コンピュータがリリースされる前に、初期キャリブレーションプロセスでは、量子コンピュータの想定されるワークロードに関連するベンチマークに基づき、可能な限り最高の性能を達成するために各パラメータを徹底的に調整する。 量子コンピュータがリリースされた後、主要な目標はデバイスの寿命にわたって一貫した性能を維持することである。 多くの較正済みパラメータの最適値は半永久的に安定を保つが、量子プロセッサチップ上の二準位系（ TLS ）の環境変化、データセンターの周囲条件（例えば温度）の変化、制御システム内の不安定性といった要因により、時間とともに変動するパラメータも存在する。

一貫した性能を確保するため、 IBM® の量子コンピュータは頻繁に監視され、経時的に変動する可能性のあるパラメータを追跡し、必要に応じて校正を実行し、日々のベンチマークを実施しています。 このページでは、 IBM の量子コンピュータ群が可能な限り安定し、予測可能で、ユーザーが利用できるように保つために連携して機能する3つのプロセス——監視、調整、ベンチマーク——について詳しく説明します。

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モニター

パラメータ監視

簡易パラメータ監視ジョブは、 Qiskit Runtime ソフトウェアスタック全体を使用し、ユーザージョブの間に自動的に交互に割り込まれ、約1時間ごとに実行されます。 これらのジョブの結果を分析し、パラメータが許容範囲から逸脱し始めていないかを確認する。理想的には、問題が顕著なレベルでパフォーマンスに影響を与えるほど深刻化する前に、それを捕捉することである。

監視対象のパラメータには、以下のようなものがあります：

• 読み出し角度、振幅、および判別器のしきい値を設定し、正確な状態判別、低リーク、安定した動作を確保する。 これには、当社の量子限界増幅器の動作パラメータが含まれます。
• 1量子ビットおよび2量子ビットゲート操作について、正しい回転角度を維持し、位相誤差と振幅誤差を最小化するよう期待通りに動作することを確認した。
• TLS 活性の特徴

これらの監視ジョブの結果が、期待される性能からわずかな逸脱を示した場合、適切な校正ジョブが開始される。 深刻な TLS 活動が検出された場合、影響を受けた量子ビットに関連するゲートのキャリブレーション戦略が自動的に変更される可能性があります（キャリブレーションの一時停止を含む）。これにより、 TLS 活動が許容レベルまで低下するまで対応が継続されます。

包括的監視

個々のパラメータを監視するジョブに加え、量子コンピュータの性能をより包括的に監視するジョブも存在する。例えば、生成されたベル状態の忠実度を検証するテストや、フラクショナルゲートおよび動的回路をサポートする量子コンピュータ上でのそれらの機能のテストなどが挙げられる。 これらのテストは、 Qiskit Runtime スタック全体をユーザージョブと交互に実行しながら実施され、ハードウェアとソフトウェアの全体的な動作を効率的に検証することを目的としています。 これらのテストで性能の大幅な低下を検知した場合、量子コンピュータは問題が解決されるまでジョブキューを自動的に一時停止します。これにより、デバイスが再び期待通りの性能を発揮するまでユーザージョブが実行されないことが保証されます。

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校正

監視ジョブがパルス振幅や角度などのパラメータが理想値から逸脱したことを示すたびに、キャリブレーションがトリガーされる。 それらはユーザージョブの間を縫って一日中実行されるため、キャリブレーションの開始と終了に決まった時間枠は存在しません。 これらは、パラメータ監視によって特定の問題が確認された量子ビット／ゲートのみに対して実行され、特定のバッチ処理ルールに従って同時に実行する必要がある量子ビットも含まれる。 ヘロンQPUでは、キャリブレーションに要する総時間は通常、1日あたり2時間未満です。

単一量子ビット操作

これらのキャリブレーションにより、単一量子ビットゲート：sx、x、rx（分数）の正確な実装が保証されます。 調整します：

• 量子ビットの周波数
• パルス振幅と位相

これらのキャリブレーションは影響を受ける量子ビット全体でバッチ処理され、適切な場合には並行して実行される。各キャリブレーションタイプに最適化されたバッチ処理戦略が適用される。

2量子ビット演算

• CZおよびRZZゲート振幅と位相（ヘロンおよびナイトホークプロセッサ用）
• ECRゲート振幅と位相（イーグルプロセッサ用）

これらのキャリブレーションは、クロストークを最小化するため、非最近傍量子ビットのバッチ単位で実行される。

読み出し

• 読み出しパルス角度
• 測定識別パラメータ

これらのキャリブレーションは、キャリブレーションが必要な量子ビットに対して同時に実行される。

校正のスケジュール設定方法

• ジョブまたはセッションの実行中は、キャリブレーションジョブを同時に実行できません。
• したがって、長時間セッションでは、再調整の遅延や頻度の低さにより、量子コンピュータの有効安定性が低下する可能性がある。
• 同時に提出された2つのジョブは、タイミングによって異なるキャリブレーションセットで実行される可能性があります。

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ベンチマーキング

毎日のベンチマークは量子コンピュータの性能を包括的に把握し、Qiskitを通じてユーザーに送信される指標を生成します。 これらはユーザーが量子ビットを選択し、コンパイルを最適化し、期待される回路性能をより正確に予測するのに役立ちます。 報告された数値は、プログラムで取得するか、 Computeリソースページで確認できます（任意のQPUをクリックすると詳細情報カードが開きます）。 各メトリクスの詳細については、ドキュメントを参照してください。

単一量子ビット性能

• バッチ化されたグループにおけるランダム化ベンチマーキング （RB）
• $T_1$ および $T_2$ のコヒーレンス時間
• 測定忠実度指標

2量子ビット性能

• CZおよびRZZゲートにおける分画EPG（ヘロン）、ECR（イーグル） を、それらのゲート上でRBにより測定

システムレベルの指標

• レイヤー忠実度（EPLG）、最良の100量子ビット長文字列に対して