모니터링, 교정 및 벤치마킹
양자 컴퓨터의 보정은 양자 게이트와 판독 작업을 작동시키는 전기 신호를 정의하는 수많은 매개변수를 최적화해야 한다. 양자 컴퓨터가 출시되기 전 초기 보정 과정에서는 해당 양자 컴퓨터의 예상 작업 부하와 관련된 벤치마크를 바탕으로 최상의 성능을 달성하기 위해 각 매개변수를 철저히 조정합니다. 양자 컴퓨터가 출시된 후 주요 목표는 장치의 수명 동안 일관된 성능을 유지하는 것이다. 교정된 많은 매개변수의 최적값은 무기한 안정적으로 유지되지만, 일부는 양자 프로세서 칩 상의 2수준 시스템( TLS ) 환경 변화, 데이터 센터의 주변 조건(예: 온도) 변화, 또는 제어 시스템 내부의 불안정성 등의 요인으로 인해 시간이 지남에 따라 변동합니다.
일관된 성능을 보장하기 위해, IBM® 양자 컴퓨터는 시간이 지남에 따라 변동될 수 있는 매개변수를 추적하고, 필요 시 보정을 수행하며, 매일 벤치마킹을 실시하기 위해 지속적으로 모니터링됩니다. 이 페이지는 모니터링, 보정, 벤치마킹이라는 세 가지 프로세스를 상세히 설명합니다. 이 프로세스들은 함께 작동하여 IBM 의 양자 컴퓨터 군이 가능한 한 안정적이고 예측 가능하며 사용자에게 항상 이용 가능하도록 보장합니다.
모니터링
매개변수 모니터링
간단한 매개변수 모니터링 작업은 약 1시간에 한 번씩, IBM Quantum 컴퓨트 서비스의 전체 소프트웨어 스택을 사용하여 사용자 작업 사이에 자동으로 삽입되어 실행됩니다. 이러한 작업의 결과를 분석하여 어떤 매개변수가 허용 범위에서 벗어나기 시작했는지 확인하고, 가급적이면 성능에 눈에 띄는 영향을 미칠 정도로 문제가 커지기 전에 이를 조기에 파악합니다.
모니터링되는 일부 매개변수는 다음과 같습니다:
- 출력 각도, 진폭 및 판별기 임계값을 설정하여 정확한 상태 판별, 낮은 누설 및 안정적인 작동을 보장합니다. 여기에는 양자 한계 증폭기의 작동 매개변수가 포함됩니다.
- 단일 및 이중 큐비트 게이트 연산이 올바른 회전 각도를 유지하고 위상 및 진폭 오차를 최소화하도록 예상대로 동작함을 확인합니다.
- TLS 의 활성 표지.
이러한 모니터링 작업의 결과가 예상 성능 대비 소폭의 편차를 나타낼 경우, 적절한 보정 작업이 실행됩니다. 심각한 TLS 활동이 감지되면 해당 큐비트와 관련된 게이트의 보정 전략이 자동으로 수정될 수 있으며(보정 일시 중지 포함), 이러한 TLS 활동이 허용 가능한 수준으로 감소할 때까지 수정이 지속됩니다.
종합적 모니터링
개별 매개변수를 모니터링하는 작업 외에도, 생성된 벨 상태의 충실도를 확인하는 테스트나, 해당 기능을 지원하는 양자 컴퓨터에서 분수 게이트 및 동적 회로에 대한 테스트와 같이 양자 컴퓨터의 성능을 보다 종합적으로 모니터링하는 작업들이 있습니다. 사용자 작업과 교대로 실행되며 퀀텀 컴퓨팅 스택 전체를 아우르는 이 테스트들의 목표는 하드웨어와 소프트웨어의 전반적인 동작을 효율적으로 검증하는 데 있습니다. 이러한 테스트를 통해 성능이 현저히 저하된 것으로 확인될 경우, 양자 컴퓨터는 문제가 해결될 때까지 작업 대기열을 자동으로 일시 중지하여, 장치가 다시 정상적인 성능을 회복할 때까지 사용자 작업이 실행되지 않도록 보장합니다.
교정 중
모니터링 작업에서 펄스 진폭이나 각도와 같은 매개변수가 이상값에서 벗어났음을 감지할 때마다 보정이 실행됩니다. 이들은 사용자 작업 사이에 하루 종일 실행되므로, 보정이 시작되고 완료되는 정해진 시간대는 없습니다. 이러한 작업은 매개변수 모니터링을 통해 특정 문제가 확인된 큐비트/게이트에서만 실행되며, 특정 배치 규칙에 따라 동시에 실행해야 하는 큐비트도 포함됩니다. 헤론 QPU에서 보정 작업에 소요되는 총 시간은 일반적으로 하루 2시간 미만입니다.
단일 큐비트 연산
이러한 보정은 단일 큐비트 게이트 sx, x, rx(분수)의 정확한 구현을 보장합니다. 우리는 조정합니다:
- 큐비트 주파수
- 펄스 진폭과 위상
이러한 보정 작업은 영향을 받는 큐비트에 걸쳐 배치 처리되며, 적절한 경우 동시 실행됩니다. 각 보정 유형에 맞춤화된 배치 처리 전략이 적용됩니다.
2큐비트 연산
- CZ 및 RZZ 게이트 진폭과 위상 (헤론 및 나이트호크 프로세서용)
- ECR 게이트 진폭 및 위상 (Eagle 프로세서용)
이러한 보정은 크로스톡을 최소화하기 위해 비근접 이웃 큐비트 단위로 배치 처리됩니다.
판독
- 출력 펄스 각도
- 측정 차별화 매개변수
이 보정 작업들은 보정이 필요한 큐비트들에 대해 동시에 실행됩니다.
교정 일정이 어떻게 잡히는지
- 작업 또는 세션이 실행 중인 동안에는 보정 작업을 동시에 실행할 수 없습니다.
- 따라서 장시간 작업 시 양자 컴퓨터는 재교정이 지연되거나 빈도가 낮아 효과적 안정성이 저하될 수 있다.
- 동시에 제출된 두 작업은 시점에 따라 서로 다른 보정 세트에서 실행될 수 있습니다.
벤치마킹
일일 벤치마킹은 양자 컴퓨터 성능에 대한 포괄적인 시각을 제공하며, Qiskit을 통해 사용자에게 전송되는 측정 지표를 생성합니다. 사용자가 큐비트를 선택하고 컴파일을 최적화하며 예상 회로 성능을 더 잘 예측할 수 있도록 지원합니다. 보고된 숫자는 프로그래밍 방식으로 확인하거나 컴퓨트 리소스 페이지에서 확인할 수 있습니다(QPU를 클릭하면 해당 상세 정보 카드가 열립니다). 각 지표에 대한 자세한 내용은 문서 에서 확인하세요.
기기 드리프트(시간이 지남에 따라 저하되는 하드웨어 성능)가 미치는 영향은 마지막 보정 시점, 수행된 구체적인 실험, 시스템 관리 활동( TLS ) 여부 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 특정 워크로드가 장치 매개변수의 오차 값에 매우 민감한 경우, IBM Quantum Learning 에 있는 이 튜토리얼을 따라 실시간 장치 매개변수 벤치마킹을 수행할 수 있습니다.
단일 큐비트 성능
2큐비트 성능
- 해당 게이트에서 RB로 측정된 CZ 및 RZZ 분할 게이트 EPG(헤론), ECR(이글)
시스템 수준 지표
- 레이어 충실도(EPLG), 최적의 100큐비트 길이 문자열에 대해