Instruções com calibração especial

Por padrão, as portas quânticas e as operações de leitura nos computadores quânticos da IBM® são calibradas para um desempenho ideal em casos de uso gerais. No entanto, algumas cargas de trabalho se beneficiam de instruções cujos parâmetros são ajustados de outra forma. Por exemplo, MidCircuitMeasure (measure_2) é uma operação de leitura feita sob medida para medições no meio de um circuito, e portas cz mais lentas podem melhorar os resultados de alguns fluxos de trabalho de mitigação de erros.

As instruções com calibração especial vêm em duas formas, e você acessa cada uma de maneira diferente:

• Instruções com assinaturas diferentes são calibradas junto com as instruções padrão na calibração padrão, então você as adiciona aos seus circuitos como qualquer outra instrução. Elas geralmente são identificadas por um sufixo, como measure_2.

• Calibrações alternativas substituem partes da calibração padrão por parâmetros ajustados de outra forma. Você seleciona uma passando um calibration_id ao obter o backend.

Para saber como os computadores quânticos da IBM são calibrados, consulte Monitore, calibre e faça benchmark.

Instruções com assinaturas diferentes

Essas instruções são calibradas com o conjunto de instruções padrão, então você não precisa fazer nada de especial para obter um backend que as suporte. Para usar uma delas, adicione a instrução correspondente de qiskit-ibm-runtime ao seu circuito.

Instrução	Descrição	Caso de uso típico	Uso no Qiskit	Família de processadores
measure_2	Pulso de medição mais curto	Medições no meio do circuito	MidCircuitMeasure (v0.43.0 ou posterior)	Heron, Nighthawk r2
reset_2	Pulso de reset condicional mais curto que usa measure_2	Reset de qubit no meio do circuito	MidCircuitReset (v0.49.0 ou posterior)	Heron
measure_reset	Medição como measure que também faz o reset do qubit*	Medir e fazer o reset de um qubit	MeasureReset (v0.50.0 ou posterior)	Heron, Nighthawk r2
measure_reset_2	Medição mais curta como measure_2 que também faz o reset do qubit*	Medir e fazer o reset de um qubit no meio do circuito	Inicialize MeasureReset com name="measure_reset_2" (v0.50.0 ou posterior)	Heron, Nighthawk r2
xslow	Porta de inversão de bit (X) com duração estendida	Pós-seleção e mitigação de erros. É o valor padrão da opção x_pulse_type nos passes de pós-seleção	Todas

. | XSlowGate (v0.50.0 ou posterior) | Todas |

* Nos processadores Heron, o reset é condicional ao resultado da medição. Nos processadores Nighthawk r2, o reset é incondicional.

Como essas instruções não são suportadas em todos os backends, verifique as instruções suportadas pelo backend antes de usá-las:

from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService

service = QiskitRuntimeService()
backend = service.backend("<backend_name>")

print(backend.supported_instructions)

Para encontrar todos os backends que suportam uma instrução, use:

service = QiskitRuntimeService()
backends = service.backends(filters=lambda b: "<instruction>" in b.supported_instructions)

Use instruction_signatures para ver as assinaturas dessas instruções com calibração especial:

print(backend.configuration().instruction_signatures)

Calibrações alternativas

As calibrações alternativas substituem partes da calibração padrão por parâmetros ajustados de outra forma. Cada calibração alternativa tem um ID de calibração, e sua disponibilidade depende da QPU.

Para usar uma calibração alternativa, passe o calibration_id dela ao obter o backend. O target do backend, e portanto o transpilador, usa as propriedades das instruções dessa calibração, e os jobs de primitivas que você executa no backend rodam com ela.

from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService

service = QiskitRuntimeService()
backend = service.backend("<backend_name>", calibration_id="<calibration_id>")

print(backend.calibration_id)

nota

As calibrações alternativas não estão disponíveis em todas as QPUs.

Calibrações de portas lentas

As calibrações de portas lentas ajustam a porta cz para ser mais lenta do que na calibração padrão. Portas cz mais lentas podem melhorar o desempenho em fluxos de trabalho de estimação de observáveis em larga escala com mitigação de erros, mas também aumentam a duração total do seu circuito, o que causa alguma decoerência adicional.

Nos processadores Heron, as calibrações de portas lentas também estão disponíveis com dois modos de controle de polarização de sistemas de dois níveis (TLS):

• Polarização TLS DC é otimizada para o melhor desempenho instantâneo. A calibração padrão usa a polarização TLS DC.

• Polarização TLS AC modula a polarização TLS para estabilizar os erros do dispositivo ao longo do tempo, o que mantém estável o modelo de ruído do dispositivo durante fluxos de trabalho longos. Consulte "Noise stabilization" em Observable Estimation in the Absence of Classical Verification para ver os detalhes.

Os processadores Nighthawk não usam polarização TLS, então têm uma única calibração de portas lentas.

ID de calibração	Família de processadores	Polarização TLS	Recomendado para
Nenhum (calibração padrão)	Todas	DC (Heron)	Uso geral. Especialmente recomendada para cargas de trabalho cujas bitstrings podem ser destiladas classicamente, como circuitos com pico e fluxos de trabalho SQD ou SKQD, e para cargas de trabalho com detecção de erros.
slow_gates_dc	Heron	DC	Fluxos de trabalho de estimação de observáveis em larga escala, especialmente os que usam mitigação de erros heurística, como a extrapolação para ruído zero (ZNE).
slow_gates_ac	Heron	AC	Fluxos de trabalho que exigem taxas de erro estáveis em sessões longas. Fortemente recomendada para fluxos de trabalho que envolvem aprendizado de ruído, como a amplificação probabilística de erros (PEA) e o cancelamento probabilístico de erros (PEC).
slow_gates	Nighthawk	Não se aplica	Fluxos de trabalho de estimação de observáveis que usam mitigação de erros, como ZNE, PEA e PEC.

Por exemplo:

from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService

service = QiskitRuntimeService()
# On a Heron QPU
backend = service.backend("ibm_kingston", calibration_id="slow_gates_ac")
# backend = service.backend("ibm_kingston", calibration_id="slow_gates_dc")

# On a Nighthawk QPU
backend = service.backend("ibm_phoenix", calibration_id="slow_gates")

dica

Quando você usar slow_gates_ac, envie todos os jobs do fluxo de trabalho para uma única sessão, para que eles sejam executados enquanto o ruído do dispositivo permanece estável.

Verifique as durações das portas

Como as calibrações de portas lentas aumentam as durações da porta cz, compare as durações com a calibração padrão para entender o efeito no seu circuito. Use o target do backend para encontrar a duração, em segundos, da porta cz em um par específico de qubits:

default_backend = service.backend("<backend_name>")
slow_backend = service.backend(
    "<backend_name>", calibration_id="slow_gates_ac"
) # Or slow_gates_dc, or slow_gates on Nighthawk

qubits = (0, 1) # Replace with a connected qubit pair on the backend
print(default_backend.target["cz"][qubits].duration)
print(slow_backend.target["cz"][qubits].duration)

Como o target reflete a calibração selecionada, transpile seus circuitos para o backend que usa o mesmo calibration_id em que você pretende executar.

Próximos passos

Recomendações

• Saiba como executar circuitos dinâmicos com medições no meio do circuito.
• Use a pós-seleção para filtrar resultados afetados por ruído correlacionado.
• Leia sobre como os computadores quânticos da IBM são monitorados, calibrados e avaliados com benchmarks.