المراقبة والمعايرات وقياس الأداء
تستلزم معايرة الحاسوب الكمومي تحسين عدد كبير من المعاملات التي تحدد الإشارات الكهربائية المُشغِّلة لعمليات البوابات الكمومية والقراءة. قبل إصدار الحاسوب الكمومي، تتضمن عملية المعايرة الأولية ضبط كل معامل بعناية للحصول على أفضل أداء ممكن استناداً إلى المعايير المرجعية ذات الصلة بأحمال العمل المتوقعة للحاسوب الكمومي. بعد إصدار الحاسوب الكمومي، يصبح الهدف الأساسي الحفاظ على أداء ثابت طوال عمر الجهاز. تبقى القيم المثلى للعديد من المعاملات المعايَرة مستقرة إلى أجل غير مسمى، غير أن بعضها يتغير مع مرور الوقت نتيجة عوامل من قبيل: التغيرات في بيئة الأنظمة ذات المستويين (TLS) على شريحة المعالج الكمومي، وتغيرات الظروف المحيطة (كدرجة الحرارة مثلاً) في مراكز البيانات، أو عدم استقرار أنظمة التحكم.
لضمان أداء ثابت، تُراقَب أجهزة الحوسبة الكمومية من IBM® بصفة منتظمة لتتبع المعاملات التي قد تتحول بمرور الوقت، وتُشغَّل عمليات المعايرة عند الحاجة، وتُجرى معايرة الأداء اليومية. تفصِّل هذه الصفحة ثلاثة عمليات — المراقبة والمعايرة وقياس الأداء — التي تتكامل لضمان بقاء أسطول أجهزة الحوسبة الكمومية من IBM مستقراً وقابلاً للتنبؤ ومتاحاً للمستخدمين قدر الإمكان.
المراقبة
مراقبة المعاملات
تُنفَّذ مهام مراقبة المعاملات القصيرة مرة كل ساعة تقريباً، وتتداخل تلقائياً مع مهام المستخدمين، باستخدام كامل حزمة برمجيات Qiskit Runtime. تُحلَّل نتائج هذه المهام للتحقق من أن أي معامل لم يبدأ بالانحراف عن النطاقات المقبولة، بحيث تُرصَد المشكلات في مرحلة مبكرة قبل أن تبلغ مستوى يؤثر على الأداء بشكل ملحوظ.
تشمل بعض المعاملات المُراقَبة ما يلي:
- زوايا وسعات القراءة وعتبة المميِّز، مما يضمن دقة تمييز الحالات ومنع التسريب وضمان استقرار التشغيل. ويشمل ذلك المعاملات التشغيلية لمضخمات الكم المحدودة لدينا.
- عمليات بوابة الكيوبت الواحد والكيوبتين، للتأكد من أنها تعمل على النحو المتوقع للحفاظ على زوايا الدوران الصحيحة وتقليل أخطاء الطور والسعة.
- علامات نشاط TLS.
إذا كشفت نتائج مهام المراقبة هذه عن انحرافات طفيفة عن الأداء المتوقع، تُشغَّل مهام المعايرة المناسبة. أما إذا رُصِد نشاط TLS حاد، فقد يُعدَّل تلقائياً استراتيجية المعايرة للبوابات المرتبطة بالـ Qubit المتأثرة (وقد يتضمن ذلك إيقاف المعايرات مؤقتاً) حتى يتراجع نشاط TLS إلى مستويات مقبولة.
المراقبة الشاملة
إلى جانب مهام مراقبة المعاملات الفردية، تُوجد مهام تراقب أداء الحاسوب الكمومي بشكل أشمل، كاختبارات تفحص دقة حالات Bell المُولَّدة، فضلاً عن اختبارات البوابات الكسرية والدوائر الديناميكية على أجهزة الحوسبة الكمومية التي تدعم تلك الميزات. يهدف هذا النوع من الاختبارات — التي تعمل أيضاً عبر كامل حزمة Qiskit Runtime بالتداخل مع مهام المستخدمين — إلى التحقق بكفاءة من السلوك الإجمالي للعتاد والبرمجيات. وإذا رصدت هذه الاختبارات تراجعاً ملحوظاً في الأداء، يُوقَف الحاسوب الكمومي عن قائمة المهام تلقائياً حتى يُحلَّ المشكل، لضمان عدم تشغيل أي مهمة للمستخدمين حتى يعود الجهاز إلى مستوى الأداء المطلوب.
المعايرة
تُشغَّل المعايرات كلما أشارت مهام المراقبة إلى أن معاملات كسعات النبض أو الزوايا قد انحرفت عن قيمها المثلى. تعمل هذه المعايرات على مدار اليوم بين مهام المستخدمين، وبالتالي لا يوجد وقت محدد تبدأ فيه المعايرات أو تنتهي. تعمل هذه المعايرات فقط على الـ Qubit/البوابات التي حددت مراقبة المعاملات مشكلات محددة فيها، إلى جانب أي Qubit مطلوب للتشغيل في الوقت ذاته وفق قواعد دمج محددة. على معالجات Heron QPU، لا يتجاوز الوقت الإجمالي المخصص للمعايرات عادةً ساعتين يومياً.
عمليات الكيوبت الواحد
تضمن هذه المعايرات التطبيق الدقيق لبوابات الكيوبت الواحد: sx وx وrx (الكسرية). نضبط:
- ترددات Qubit
- سعات النبض وأطواره
تُجمَّع هذه المعايرات عبر الـ Qubit المتأثرة وتُنفَّذ بالتزامن حيث يكون ذلك مناسباً، مع تخصيص استراتيجيات الدمج لكل نوع من أنواع المعايرة.
عمليات الكيوبتين
- سعات وأطوار بوابة CZ وRZZ (لمعالجات Heron وNighthawk)
- سعات وأطوار بوابة ECR (لمعالجات Eagle)
تُشغَّل هذه المعايرات في دفعات من الـ Qubit غير المتجاورة لأقرب جار لتقليل التداخل المتبادل.
القراءة
- زوايا نبضة القراءة
- معاملات تمييز القياس
تُشغَّل هذه المعايرات في وقت واحد على الـ Qubit التي تستلزم المعايرة.
كيفية جدولة المعايرات
- لا يمكن لمهمة المعايرة أن تعمل في وقت واحد مع مهمة أو جلسة قيد التشغيل.
- وبالتالي، خلال الجلسات الطويلة، قد يعاني الحاسوب الكمومي من انخفاض في الاستقرار الفعلي بسبب التأخر في إعادة المعايرة أو ندرتها.
- مهمتان تُقدَّمان في الوقت ذاته قد تعملان تحت مجموعتين مختلفتين من المعايرات، حسب التوقيت.
قياس الأداء
يوفر قياس الأداء اليومي نظرة شاملة على أداء الحاسوب الكمومي ويولِّد المقاييس المرسَلة للمستخدمين عبر Qiskit. تساعد هذه المقاييس المستخدمين على اختيار الـ Qubit وتحسين التجميع والتنبؤ بأداء الدائرة المتوقع بشكل أفضل. يمكنك الاطلاع على الأرقام المُبلَّغ عنها إما برمجياً أو عبر صفحة موارد الحوسبة (انقر على أي وحدة QPU لفتح بطاقة معلوماتها التفصيلية). اطلع على مزيد من التفاصيل حول كل مقياس في التوثيق.
يعتمد تأثير انجراف الجهاز (تدهور أداء العتاد بمرور الوقت) على عوامل كثيرة، مثل آخر مرة أُجريت فيها المعايرات، والتجربة المحددة المُنفَّذة، وأي نشاط TLS وغير ذلك. إذا كان حمل عمل معين حساساً جداً لقيم خطأ معاملات الجهاز، يمكنك إجراء قياس أداء معاملات الجهاز في الوقت الفعلي باتباع هذا البرنامج التعليمي في IBM Quantum Learning.
أداء الكيوبت الواحد
- القياس العشوائي للأداء (RB) في مجموعات متجمعة
- أوقات الترابط لـ و
- مقاييس دقة القياس
أداء الكيوبتين
- EPG للبوابات الكسرية CZ وRZZ (Heron) وECR (Eagle) كما يُق اس بواسطة RB على تلك البوابات
المقاييس على مستوى النظام
- دقة الطبقة (EPLG)، لأفضل سلسلة مكوَّنة من 100 Qubit