Utility-scale na pagbabawas ng error gamit ang probabilistic error amplification
Tinatayang paggamit: 16 minuto sa isang Heron r2 na processor (TANDAAN: Tantya lamang ito. Maaaring mag-iba ang iyong aktwal na oras ng pagpapatakbo.)
Panimula​
Ipinapakita ng tutorial na ito kung paano magsagawa ng utility-scale na eksperimento sa pagbabawas ng error gamit ang Qiskit Runtime, sa pamamagitan ng isang eksperimental na bersyon ng zero noise extrapolation (ZNE) kasama ang probabilistic error amplification (PEA).
Sanggunian: Y. Kim et al. Evidence for the utility of quantum computing before fault tolerance. Nature 618.7965 (2023)
Zero-Noise Extrapolation (ZNE)​
Ang zero-noise extrapolation (ZNE) ay isang teknik sa pagbabawas ng error na nag-aalis ng mga epekto ng hindi kilalang ingay sa panahon ng pagpapatakbo ng circuit, na maaaring i-scale sa isang kilalang paraan.
Ipinapalagay nito na ang mga inaasahang halaga ay nag-iiba ayon sa ingay sa pamamagitan ng isang kilalang function
kung saan ang ay nagpaparameter ng lakas ng ingay at maaaring palakasin. Maaari nating ipatupad ang ZNE sa pamamagitan ng mga sumusunod na hakbang:
- Palakihin ang ingay ng circuit para sa ilang noise factor na
- Patakbuhin ang bawat noise-amplified na circuit upang masukat ang
- I-extrapolate pabalik sa zero-noise limit na

Pagpapalaki ng ingay para sa ZNE​
Ang pangunahing hamon sa matagumpay na pagpapatupad ng ZNE ay ang pagkakaroon ng tumpak na modelo para sa ingay sa inaasahang halaga at ang pagpapalaki ng ingay sa isang kilalang paraan.
Mayroong tatlong karaniwang paraan ng pagpapatupad ng error amplification para sa ZNE.
| Pulse stretching | Gate folding | Probabilistic error amplification |
|---|---|---|
| Scale pulse duration via calibration | Repeat gates in identity cycles | Add noise via sampling Pauli channels |
| Kandala et al. Nature (2019) | Shultz et al. PRA (2022) | Li & Benjamin PRX (2017) |
| Para sa mga utility-scale na eksperimento, ang probabilistic error amplification (PEA) ang pinaka-angkop. |
- Ipinapalagay ng pulse stretching na ang ingay ng gate ay proporsyonal sa tagal, na kadalasang hindi totoo. Mahal din ang kalibrasyon.
- Ang gate folding ay nangangailangan ng malalaking stretch factor na lubos na nagpapalimit sa lalim ng mga circuit na maaaring patakbuhin.
- Ang PEA ay maaaring ilapat sa anumang circuit na maaaring patakbuhin na may katutubong noise factor () ngunit nangangailangan ng pag-aaral ng noise model.
Pag-aaral ng noise model para sa PEA​
Ipinapalagay ng PEA ang parehong layer-based na noise model katulad ng probabilistic error cancellation (PEC); gayunpaman, iniiwasan nito ang sampling overhead na lumalago nang exponential kasabay ng ingay ng circuit.
| Hakbang 1 | Hakbang 2 | Hakbang 3 |
|---|---|---|
| Pauli twirl layers of two-qubit gates | Repeat identity pairs of layers and learn the noise | Derive a fidelity (error for each noise channel) |
![]() | ![]() |
Sanggunian: E. van den Berg, Z. Minev, A. Kandala, and K. Temme, Probabilistic error cancellation with sparse Pauli-Lindblad models on noisy quantum processors arXiv:2201.09866
Mga Kinakailangan​
Bago simulan ang tutorial na ito, tiyaking naka-install ang mga sumusunod:
- Qiskit SDK v1.0 o mas bago, na may suporta para sa visualization
- Qiskit Runtime v0.22 o mas bago (
pip install qiskit-ibm-runtime)
Setup​
# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q matplotlib numpy qiskit qiskit-ibm-runtime rustworkx
from __future__ import annotations
from collections.abc import Sequence
from collections import defaultdict
import numpy as np
import rustworkx
import matplotlib.pyplot as plt
from qiskit.circuit import QuantumCircuit, Parameter
from qiskit.circuit.library import CXGate, CZGate, ECRGate
from qiskit.providers import Backend
from qiskit.visualization import plot_error_map
from qiskit.transpiler.preset_passmanagers import generate_preset_pass_manager
from qiskit.quantum_info import SparsePauliOp
from qiskit.primitives import PubResult
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService
from qiskit_ibm_runtime import EstimatorV2 as Estimator

