دالة IBM Circuit

ملاحظة

• دوال Qiskit ميزة تجريبية متاحة فقط لمستخدمي خطط IBM Quantum® Premium Plan وFlex Plan وOn-Prem (عبر IBM Quantum Platform API). وهي في مرحلة إصدار معاينة وقابلة للتغيير.

نظرة عامة

تأخذ دالة IBM® Circuit كمدخلات PUBs مجردة، وتُعيد قيم التوقع المخففة كمخرجات. تتضمن هذه الدالة خط أنابيب آلي ومخصص يُمكّن الباحثين من التركيز على اكتشاف الخوارزميات والتطبيقات.

الوصف

بعد إرسال PUB الخاص بك، يتم تحويل الدوائر والمراقِبات المجردة تلقائيًا، وتنفيذها على الجهاز الفعلي، ثم معالجتها لاحقًا لإعادة قيم التوقع المخففة. ولتحقيق ذلك، تجمع هذه الدالة بين الأدوات التالية:

• خدمة Qiskit Transpiler، بما في ذلك الاختيار التلقائي لتمريرات الترانسبايل المدعومة بالذكاء الاصطناعي والاستدلالية لترجمة دوائرك المجردة إلى دوائر ISA محسّنة للجهاز
• تقنيات قمع الأخطاء وتخفيفها اللازمة للحوسبة على نطاق المنفعة، بما في ذلك تقليب القياس والبوابات، والفصل الديناميكي، وإزالة أخطاء القراءة بالتقليب (TREX)، واستقراء الضوضاء الصفرية (ZNE)، وتضخيم الخطأ الاحتمالي (PEA)
• Qiskit Runtime Estimator، لتنفيذ PUBs من نوع ISA على الجهاز وإعادة قيم التوقع المخففة

البدء

اتصل بالخدمة باستخدام مفتاح API واختر دالة Qiskit كما يلي. (يفترض هذا المقتطف أنك حفظت حسابك بالفعل في بيئتك المحلية.)

# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q qiskit qiskit-ibm-catalog qiskit-ibm-runtime

from qiskit_ibm_catalog import QiskitFunctionsCatalog

catalog = QiskitFunctionsCatalog(channel="ibm_quantum_platform")

function = catalog.load("ibm/circuit-function")

مثال

لتبدأ، جرّب هذا المثال الأساسي:

from qiskit.circuit.random import random_circuit
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService

# You can skip this step if you have a target backend, e.g.
# backend_name = "ibm_brisbane"
# You'll need to specify the credentials when initializing QiskitRuntimeService, if they were not previously saved.
service = QiskitRuntimeService()
backend = service.least_busy(operational=True, simulator=False)

circuit = random_circuit(num_qubits=2, depth=2, seed=42)
observable = "Z" * circuit.num_qubits
pubs = [(circuit, observable)]

job = function.run(
    # Use `backend_name=backend_name` if you didn't initialize a backend object
    backend_name=backend.name,
    pubs=pubs,
)

تحقق من حالة حِمل عمل دالة Qiskit أو استرجع النتائج كما يلي:

print(job.status())
result = job.result()

QUEUED

النتائج لها نفس صيغة نتيجة Estimator:

print(f"The result of the submitted job had {len(result)} PUB\n")
print(
    f"The associated PubResult of this job has the following DataBins:\n {result[0].data}\n"
)
print(f"And this DataBin has attributes: {result[0].data.keys()}")
print(
    f"The expectation values measured from this PUB are: \n{result[0].data.evs}"
)

The result of the submitted job had 1 PUB

The associated PubResult of this job has the following DataBins:
 DataBin(evs=np.ndarray(<shape=(), dtype=float64>), stds=np.ndarray(<shape=(), dtype=float64>), ensemble_standard_error=np.ndarray(<shape=(), dtype=float64>))

And this DataBin has attributes: dict_keys(['evs', 'stds', 'ensemble_standard_error'])
The expectation values measured from this PUB are:
1.02116704805492

المدخلات

راجع الجدول التالي لمعرفة جميع معاملات الإدخال التي تقبلها دالة IBM Circuit. يوضح قسم الخيارات التالي مزيدًا من التفاصيل حول options المتاحة.

الاسم	النوع	الوصف	مطلوب	الافتراضي	مثال
backend_name	str	اسم الجهاز الخلفي للاستعلام منه.	نعم	غير متاح	ibm_fez
pubs	Iterable[EstimatorPubLike]	مجموعة قابلة للتكرار من كائنات تشبه PUB المجردة (الكتلة الموحدة الأولية)، مثل صفوف (circuit, observables) أو (circuit, observables, parameter_values). راجع نظرة عامة على PUBs للمزيد من المعلومات. يمكن أن تكون الدوائر مجردة (غير ISA).	نعم	غير متاح	(circuit, observables, parameter_values)
options	dict	خيارات الإدخال. راجع قسم الخيارات لمزيد من التفاصيل.	لا	راجع قسم الخيارات للتفاصيل.	{"optimization_level": 3}
instance	str	الاسم الموردي السحابي للمثيل المراد استخدامه بهذا الشكل.	لا	يُختار واحد عشوائيًا إذا كان حسابك يمتلك صلاحية الوصول إلى عدة مثيلات.	CRN

الخيارات

البنية

على غرار الـ primitives في Qiskit Runtime، يمكن تحديد خيارات دالة IBM Circuit كقاموس متداخل. الخيارات الأكثر استخدامًا، مثل optimization_level وmitigation_level، تكون في المستوى الأول. أما الخيارات الأخرى الأكثر تقدمًا فتُجمَّع في فئات مختلفة، مثل resilience.

القيم الافتراضية

إذا لم تحدد قيمة لأحد الخيارات، تُستخدم القيمة الافتراضية التي تحددها الخدمة.

مستوى التخفيف

تدعم دالة IBM Circuit أيضًا mitigation_level. يحدد مستوى التخفيف مقدار قمع الأخطاء وتخفيفها الذي يُطبَّق على المهمة. المستويات الأعلى تُنتج نتائج أكثر دقة، على حساب أوقات معالجة أطول. تعتمد درجة تخفيض الأخطاء على الطريقة المطبقة. يستخلص مستوى التخفيف الاختيار التفصيلي لأساليب تخفيف الأخطاء وقمعها ليتيح للمستخدمين التفكير في مقايضة التكلفة/الدقة المناسبة لتطبيقهم. يوضح الجدول التالي الأساليب المقابلة لكل مستوى.

ملاحظة

على الرغم من تشابه الأسماء، يطبّق mitigation_level تقنيات مختلفة عن تلك التي يستخدمها resilience_level في Estimator.

على غرار resilience_level في Qiskit Runtime Estimator، يحدد mitigation_level مجموعة أساسية من الخيارات المنسّقة. أي خيارات تحددها يدويًا بالإضافة إلى مستوى التخفيف تُطبَّق فوق المجموعة الأساسية من الخيارات التي يحددها مستوى التخفيف. لذلك، من حيث المبدأ، يمكنك تعيين مستوى التخفيف إلى 1 ثم إيقاف تخفيف القياس، وإن كان ذلك غير موصى به.

مستوى التخفيف	التقنية
1 [الافتراضي]	الفصل الديناميكي + تقليب القياس + TREX
2	المستوى 1 + تقليب البوابات + ZNE عبر طي البوابات
3	المستوى 1 + تقليب البوابات + ZNE عبر PEA

يوضح المثال التالي كيفية ضبط مستوى التخفيف:

options = {"mitigation_level": 2}

job = function.run(backend_name=backend.name, pubs=pubs, options=options)

جميع الخيارات المتاحة

إضافةً إلى mitigation_level، توفر دالة IBM Circuit عددًا محددًا من الخيارات المتقدمة التي تتيح لك ضبط مقايضة التكلفة/الدقة بدقة. يوضح الجدول التالي جميع الخيارات المتاحة:

الخيار	الخيار الفرعي	الخيار الفرعي الثانوي	الوصف	الخيارات المتاحة	الافتراضي
default_precision			الدقة الافتراضية المستخدمة لأي PUB أو استدعاء run() لا يحدد دقته الخاصة. يمكن لكل PUB مدخل تحديد دقته الخاصة. إذا أُعطيت دقة لاستدعاء run()، تُستخدم تلك القيمة لجميع PUBs في استدعاء run() التي لا تحدد دقتها الخاصة.	float > 0	0.015625
max_execution_time			الحد الأقصى لوقت التنفيذ بالثواني، ويعتمد على استخدام QPU (وليس وقت الساعة). استخدام QPU هو الوقت الذي تُكرّس فيه QPU لمعالجة مهمتك. إذا تجاوزت مهمة ما هذا الحد الزمني، يُلغى تنفيذها قسرًا.	عدد صحيح بالثواني في النطاق [1, 10800]
mitigation_level			مقدار قمع الأخطاء وتخفيفها المطبّق. راجع قسم مستوى التخفيف لمزيد من المعلومات حول الأساليب المستخدمة في كل مستوى.	1 / 2 / 3	1
optimization_level			مقدار التحسين المُجرى على الدوائر. المستويات الأعلى تُنتج دوائر أكثر تحسينًا، على حساب وقت ترانسبايل أطول.	1 / 2 / 3	2
dynamical_decoupling	enable		ما إذا كان يجب تفعيل الفصل الديناميكي. راجع تقنيات قمع الأخطاء وتخفيفها لشرح الطريقة.	True/False	True
	sequence_type		تسلسل الفصل الديناميكي المراد استخدامه. * XX: استخدام التسلسل tau/2 - (+X) - tau - (+X) - tau/2 * XpXm: استخدام التسلسل tau/2 - (+X) - tau - (-X) - tau/2 * XY4: استخدام التسلسل tau/2 - (+X) - tau - (+Y) - tau (-X) - tau - (-Y) - tau/2	'XX'/'XpXm'/'XY4'	'XX'
twirling	enable_gates		ما إذا كان يجب تطبيق تقليب بوابات Clifford ثنائية الكيوبت.	True/False	False
	enable_measure		ما إذا كان يجب تفعيل تقليب القياسات.	True/False	True
resilience	measure_mitigation		ما إذا كان يجب تفعيل طريقة تخفيف أخطاء القياس TREX. راجع تقنيات قمع الأخطاء وتخفيفها لشرح الطريقة.	True/False	True
	zne_mitigation		ما إذا كان يجب تفعيل طريقة تخفيف الأخطاء باستقراء الضوضاء الصفرية. راجع تقنيات قمع الأخطاء وتخفيفها لشرح الطريقة.	True/False	False
	zne	amplifier	التقنية المستخدمة لتضخيم الضوضاء. إحدى: - gate_folding (الافتراضي) يستخدم طي البوابات ثنائية الكيوبت لتضخيم الضوضاء. إذا تطلب معامل الضوضاء تضخيم مجموعة فرعية فقط من البوابات، تُختار هذه البوابات عشوائيًا. - gate_folding_front يستخدم طي البوابات ثنائية الكيوبت لتضخيم الضوضاء. إذا تطلب معامل الضوضاء تضخيم مجموعة فرعية فقط من البوابات، تُختار هذه البوابات من مقدمة دائرة DAG المرتبة طوبولوجيًا. - gate_folding_back يستخدم طي البوابات ثنائية الكيوبت لتضخيم الضوضاء. إذا تطلب معامل الضوضاء تضخيم مجموعة فرعية فقط من البوابات، تُختار هذه البوابات من مؤخرة دائرة DAG المرتبة طوبولوجيًا. - pea يستخدم تقنية تُعرف بتضخيم الخطأ الاحتمالي (PEA) لتضخيم الضوضاء. راجع تقنيات قمع الأخطاء وتخفيفها لشرح الطريقة.	gate_folding / gate_folding_front / gate_folding_back / pea	gate_folding
		noise_factors	معاملات الضوضاء المستخدمة لتضخيم الضوضاء.	قائمة من الأعداد العشرية؛ كل عدد >= 1	(1, 1.5, 2) لـ PEA، و(1, 3, 5) لغيرها.
		extrapolator	معاملات الضوضاء لتقييم نماذج الاستقراء الملائمة عندها. لا يؤثر هذا الخيار على التنفيذ أو ملاءمة النموذج بأي شكل؛ بل يحدد فقط النقاط التي تُقيَّم عندها كائنات extrapolator لتُعاد في حقول البيانات المسماة evs_extrapolated وstds_extrapolated.	واحد أو أكثر من exponential، linear، double_exponential، polynomial_degree_(1 <= k <= 7)	(exponential, linear)
	pec_mitigation		ما إذا كان يجب تفعيل طريقة تخفيف الأخطاء بإلغاء الأخطاء الاحتمالي. راجع تقنيات قمع الأخطاء وتخفيفها لشرح الطريقة.	True/False	False
	pec	max_overhead	الحد الأقصى المسموح به لاستهلاك أخذ عينات الدائرة، أو None بدون حد أقصى.	None/ integer >1	100

في المثال التالي، يُوقف ضبط مستوى التخفيف على 1 تخفيف ZNE في البداية، لكن ضبط zne_mitigation على True يتجاوز الإعداد ذي الصلة من mitigation_level.

options = {"mitigation_level": 1, "resilience": {"zne_mitigation": True}}

المخرجات

مخرج دالة Circuit هو PrimitiveResult، الذي يحتوي على حقلين:

• كائن PubResult واحد أو أكثر. يمكن فهرستها مباشرةً من PrimitiveResult.

• بيانات وصفية على مستوى المهمة.

يحتوي كل PubResult على حقل data وحقل metadata.

• يحتوي حقل data على مصفوفة قيم توقع على الأقل (PubResult.data.evs) ومصفوفة أخطاء معيارية (PubResult.data.stds). ويمكن أن يحتوي أيضًا على بيانات إضافية حسب الخيارات المستخدمة.

• يحتوي حقل metadata على بيانات وصفية على مستوى PUB (PubResult.metadata).

يصف مقتطف الكود التالي صيغة PrimitiveResult (وPubResult المرتبط به).

print(f"The result of the submitted job had {len(result)} PUB")
print(
    f"The expectation values measured from this PUB are: \n{result[0].data.evs}"
)
print(f"And the associated metadata is: \n{result[0].metadata}")

The result of the submitted job had 1 PUB
The expectation values measured from this PUB are:
1.02116704805492
And the associated metadata is:
{'shots': 4096, 'target_precision': 0.015625, 'circuit_metadata': {}, 'resilience': {}, 'num_randomizations': 32}

استرجاع رسائل الخطأ

إذا كانت حالة حِمل العمل ERROR، استخدم job.result() لاسترجاع رسالة الخطأ للمساعدة في تصحيح الأخطاء كما يلي:

job = function.run(
    backend_name="bad_backend_name", pubs=pubs, options=options
)

print(job.result())

الحصول على الدعم

تواصل مع دعم IBM Quantum، وأرفق المعلومات التالية:

• معرّف مهمة دالة Qiskit (qiskit-ibm-catalog)، job.job_id
• وصف مفصّل للمشكلة
• أي رسائل خطأ أو رموز ذات صلة
• خطوات إعادة إنتاج المشكلة

الخطوات التالية

توصيات

• جرّب درس تخفيف الأخطاء مع دالة IBM Circuit.