الانتشار العكسي للمؤثرات

تنفّذ هذه الحزمة الانتشار العكسي للمؤثرات (OBP) لتقليل عمق الدوائر في حسابات القيمة المتوقعة. تقوم هذه التقنية بنشر المراقَب إلى الخلف عبر البوابات الموجودة في نهاية الدائرة الكمومية، مما ينتج دائرة أقل عمقًا على حساب زيادة في أسس قياس المراقَب. وكلما نشرت المؤثر أبعد داخل الدائرة، ينمو حجم المراقَب بشكل أسي، مما يؤدي إلى حمل زائد في الموارد الكلاسيكية والكمومية معًا. ومع ذلك، في بعض الدوائر يكون توزيع مراقَبات باولي الناتج أكثر تركّزًا من التدرج الأسي في أسوأ الحالات، أي أنه يمكن اقتطاع بعض الحدود ذات المعاملات الصغيرة في الهاميلتوني لتقليل الحمل الكمومي. ويمكن التحكم في الخطأ الناتج عن ذلك لإيجاد توازن مناسب بين الدقة والكفاءة.

هناك عدة طرق لإجراء الانتشار العكسي للمؤثرات، وتستخدم هذه الحزمة طريقة تعتمد على نظرية اضطراب كليفورد (Clifford)، ومن مزاياها أن الحمل الزائد الناتج عن الانتشار العكسي عبر البوابات المختلفة يتحدد بمدى ابتعاد البوابة عن كونها كليفورد. وهذا يؤدي إلى كفاءة أعلى لبعض عائلات الدوائر مقارنةً بطرق OBP المعتمدة على الشبكات التنسورية، والتي لا يزال حملها الكلاسيكي الزائد مرتفعًا حاليًا حتى في الحالات التي يبقى فيها الحمل الكمومي محدودًا.

هذه الحزمة مناسبة لتقدير القيم المتوقعة للدوائر الكمومية العامة ومراقَبات باولي؛ لكن بالنسبة للدوائر عالية السحر (magic) (أي البعيدة جدًا عن كليفورد)، من المرجح أن يصبح خطأ المراقَب الناتج عن الاقتطاع باهظًا قبل أن يُنشر المراقَب عبر جزء معتبر من الدائرة. أما في الدوائر القريبة من كليفورد، فقد يمكن النشر عبر جزء أكبر بكثير من الدائرة مع الحفاظ على حدود خطأ صغيرة نسبيًا.

البدء

يتوفر دليل بسيط لمساعدتك على البدء بسرعة مع هذه الحزمة في دليل البدء السريع.

أمثلة على حالات الاستخدام

استُخدمت هذه التقنية لتنفيذ دوائر تروتر (Trotter) أقل عمقًا للتطور الزمني لنموذج سبين ثنائي الأبعاد [1].

نقاش تقني

• نقطة دخول واحدة: تقوم الدالة backpropagate بتنفيذ OBP.

• تحكمان مستقلان في المفاضلة بين العمق والدقة:

  • تحدّد OperatorBudget الحجم الذي يمكن أن ينمو إليه المراقَب أثناء الانتشار العكسي.

  • تحدّد TruncationErrorBudget مقدار الخطأ الذي يمكن تحمّله أثناء الانتشار العكسي.

• تعتمد الفعالية على مدى قرب الدائرة من كليفورد: في الدوائر عالية السحر (أي البعيدة جدًا عن كليفورد)، تميل الحدود المضافة إلى المراقَب إلى أن تكون ذات معاملات أكبر، لذا يحدث خطأ اقتطاع أكبر في وقت مبكر، مما يحدّ من توفير العمق ضمن ميزانية خطأ ثابتة. أما الدوائر القريبة من كليفورد فيمكن اقتطاعها بشكل أكثر جرأة ونشرها عكسيًا بعمق أكبر ضمن الميزانية نفسها.

• قابلة للفحص بالكامل: كل تشغيل يعيد كائن OBPMetadata يسجّل أعداد حدود باولي لكل شريحة، وأعداد مجموعات QWC، وخطأ الاقتطاع المتراكم، مع دوال مساعدة plot_* لتصوير نمو المؤثر والخطأ مقابل عمق الدائرة — وهذا مفيد لضبط الميزانيات قبل استهلاك وقت QPU.

المساهمة

يوجد دليل المطوّرين في CONTRIBUTING.md في جذر مستودع هذا المشروع. بمشاركتك، يُتوقع منك الالتزام بـ مدونة قواعد السلوك الخاصة بـ Qiskit.

نستخدم GitHub issues لتتبّع الطلبات والأخطاء.

الاستشهاد بهذه الحزمة

إذا استخدمت هذه الحزمة في بحثك، فاستخدم ملف CITATION.bib في مستودع هذا المشروع للاستشهاد بالمرجع أو المراجع المناسبة.

الترخيص

Apache License 2.0

سياسة الإهمال

تتبع هذه الحزمة الإصدار الدلالي. قد نُجري أحيانًا تغييرات جذرية لتحسين تجربة المستخدم. وحيثما أمكن، سنحتفظ بالواجهات القديمة ونُعلّم عليها بأنها مهملة، طالما أنها تستطيع التعايش مع الواجهات الجديدة. وسيتم توثيق كل تحسين جوهري أو تغيير جذري أو إهمال في ملاحظات الإصدار.

المراجع

1. 2. Fuller et al., “Improved quantum computation using operator backpropagation,” npj Quantum Inf. 12, 51 (2026). [arXiv]