معلومات وحدة المعالجة الكمومية (QPU)

تتيح IBM® الوصول إلى مجموعة واسعة من وحدات المعالجة الكمومية (QPUs). جميع وحدات QPU التي تنشرها IBM مبنية على تقنية الكيوبت فائق التوصيل، إذ يفتح التحكم في هذه التقنية وقابليتها للتوسع طريقًا واضحًا نحو تحقيق الأفضلية الكمومية بهذه الوحدات.

استعرض جميع وحدات IBM QPU العامة بالانتقال إلى صفحة موارد الحوسبة على منصة IBM Quantum®. انقر فوق أي وحدة QPU لفتح بطاقة معلوماتها التفصيلية.

تصف هذه الصفحة المعلومات التفصيلية التي ستجدها في بطاقة معلومات وحدة QPU.

إصدارات وحدة QPU

لكل وحدة QPU رقم إصدار بالصيغة X.Y.Z (رئيسي.ثانوي.مراجعة). الدارات المُصرَّفة لرقم إصدار معين مضمون تشغيلها على تلك الوحدة. إذا تغيّر رقم المراجعة، ستواصل الدارة العمل. أما إذا تغيّر الرقم الرئيسي أو الثانوي، فلا ضمان بتشغيل الدارة، وإن كان ذلك ممكنًا. الشروط التي قد تستدعي تغيير رقم الإصدار مُدرجة أدناه:

الإصدار الرئيسي

يرتفع الإصدار الرئيسي عند إجراء تغييرات من قبيل:

• تغييرات في العينة.
• تغييرات جوهرية في الإلكترونيات الضابطة.
• نقل وحدة QPU إلى موقع جديد إذا نجم عن ذلك تغييرات ملحوظة في السلوك.

الإصدار الثانوي

يرتفع الإصدار الثانوي عند إجراء تغييرات من قبيل:

• دورات الإحماء / التبريد.
• استبدال بعض الإلكترونيات إذا أثّر الاستبدال بصورة ملموسة على التشغيل.
• تغيير اتجاه بوابة NOT المتحكَّم بها.
• إيقاف بوابة لفترة زمنية بسبب مشكلات في المعايرة تتعذّر معالجتها بالبرمجيات.

إصدار المراجعة

يرتفع رقم إصدار المراجعة لإصلاحات لا تكسر الدارة المُصرَّفة الحالية، وتشمل هذه التغييرات:

• المعايرات اليدوية لتحسين الدقة.
• تغييرات إلكترونية طفيفة لا تؤثر على التشغيل.
• تحديثات برمجيات وحدة QPU.

تفاصيل وحدة QPU

يوفر القسم الأول من بطاقة معلومات وحدة QPU التفاصيل التالية:

الاسم | الكيوبتات | خطأ 2Q (الأفضل) | خطأ 2Q (متعدد الطبقات) | CLOPS (أو CLOPS_h) | الحالة | المنطقة | إصدار QPU | نوع المعالج | البوابات الأساسية | إجمالي المهام المعلّقة | متوسط خطأ 2Q | متوسط خطأ SX | متوسط خطأ القراءة | متوسط T1 (وقت الاسترخاء) | متوسط T2 (وقت فقدان الطور)

الاسم

الاسم الفريد المخصَّص لوحدة QPU بعينها. وحدات QPU المستضافة على IBM Cloud® لها أسماء تبدأ بـ ibm_*. تُعطى جميع وحدات QPU أسماء مدن، مثل ibm_kingston. لا يدل هذا الاسم على موقع وحدة QPU الفعلي، بل هي مُسمّاة بأسماء مواقع IBM® حول العالم.

الكيوبتات

عدد الكيوبتات الفيزيائية في وحدة QPU.

خطأ 2Q (الأفضل)

أدنى خطأ ثنائي الكيوبت (2Q) على أي حافة في الجهاز، مستخرج من نفس دفعة القياسات المستخدمة لحساب الوسيط (انظر متوسط خطأ 2Q).

خطأ 2Q (متعدد الطبقات)

متوسط الخطأ لكل بوابة متعددة الطبقات (EPLG) في سلسلة مكوّنة من 100 كيوبت. يقيس متوسط EPLG متوسط خطأ البوابة في سلسلة طبقية من $N$ كيوبت ($N$=100 هنا). يُشتق من كمية مشابهة تُعرف بدقة الطبقة (LF) حيث EPLG$_{100}$ = 4/5(1-LF$^{\frac{1}{99}}$) ودقة الطبقة هي دقة العملية للسلسلة الطبقية من $N$ كيوبت. لمزيد من التفاصيل، راجع الورقة البحثية Benchmarking quantum processor performance at scale. لاحظ أن EPLG في الورقة مُعرَّف لخطأ العملية، لكن للاتساق مع أخطاء البوابات المُبلَّغ عنها بشكل فردي، يُذكر هنا لمتوسط خطأ البوابة، ومن هنا جاء عامل 4/5. يمكنك الاطلاع على مثال عملي في GitHub الخاص بمجتمع Qiskit.

CLOPS (أو CLOPS_h)

عمليات طبقة الدارة في الثانية، وهو مقياس لعدد الطبقات التي يمكن لوحدة QPU تنفيذها من دارة بأبعاد 100×100 (دارة مراعية للجهاز) في وحدة الزمن. يمكنك الاطلاع على كود CLOPS في GitHub الخاص بمجتمع Qiskit.

الحالة

حالة وحدة QPU؛ مثلاً Online (متصلة) أو Paused (موقوفة مؤقتًا) أو Offline (غير متصلة) وغيرها.

المنطقة

موقع مركز البيانات الذي ستُستضاف بياناتك وتجاربك فيه ومعالجتها.

إصدار QPU

رقم إصدار وحدة QPU بالصيغة major.minor.revision. انظر إصدارات QPU لمعرفة تفاصيل طريقة تحديد هذا الرقم.

نوع المعالج

يعكس التبولوجيا ويشير إلى عدد الكيوبتات التقريبي.

البوابات الأساسية

لكل عائلة من المعالجات مجموعة بوابات أصلية. بشكل افتراضي، تدعم وحدات QPU في كل عائلة تشغيل البوابات والعمليات في المجموعة الأصلية فحسب. لذا يجب أن تُترجَم كل بوابة في الدارة (بواسطة المُصرِّف) إلى عناصر هذه المجموعة. لاحظ أن العمليات غير الأحادية لا تُدرج هنا؛ استخدم الطريقة في Qiskit للاطلاع على جميع البوابات والعمليات الأصلية لوحدة QPU. راجع قائمة جميع البوابات الأصلية في هذا الجدول.

إجمالي المهام المعلّقة

إجمالي عدد المهام التي أرسلتها إلى وحدة QPU هذه.

متوسط خطأ 2Q (Heron: CZ، Eagle: ECR)

متوسط دقة البوابة للعملية ثنائية الكيوبت المستخرجة من القياس العشوائي المرجعي. تُقاس في "العزل": دفعات بفاصل أدنى مقداره كيوبتان بين الحواف. يستخدم هذا القياس المرجعي العشوائي طبقات متناوبة من بوابات Clifford أحادية الكيوبت وبوابات ثنائية الكيوبت، وبالتالي تتضمن قيمة خطأ 2Q النهائية خطأ طبقة بوابات Clifford أحادية الكيوبت. يمكنك الاطلاع على مثال عملي في GitHub الخاص بمجتمع Qiskit. تجد بيانات كل حافة على حدة في قسم بيانات المعايرة في بطاقة معلومات وحدة QPU.

متوسط خطأ SX

متوسط دقة البوابة لبوابة √X (SX) المستخرجة من القياس العشوائي المرجعي، ويُقاس على جميع الكيوبتات في آنٍ واحد. يتضمن تسلسل القياس العشوائي المرجعي بوابات SX وID وX، ويُفترض أن أخطاءها متساوية.

متوسط خطأ القراءة

دقة عملية القراءة. يُقاس خطأ القراءة بتهيئة الكيوبت في حالة 0 (أو 1) وقياس احتمال الحصول على ناتج في الحالة 1 (أو 0). القيمة المُبلَّغ عنها هي متوسط هذين الخطأين، ويُؤخذ الوسيط على جميع الكيوبتات.

متوسط T1 (وقت الاسترخاء)

يمثل زمن T1 متوسط المدة التي يظل فيها الكيوبت في حالته المثارة $|1\rangle$ قبل أن يتحلل إلى حالته الأساسية $|0\rangle$ نتيجة استرخاء الطاقة. يُستخدم هذا المعامل لوصف سلوك استرخاء طاقة الكيوبت، ويُعبَّر عنه بوحدة الثواني (s).

متوسط T2 (وقت فقدان الطور)

يشير زمن T2 إلى الفترة الزمنية التي يحافظ فيها الكيوبت على تماسك الطور لتراكب بين حالتي $|0\rangle$ و$|1\rangle$. يأخذ في الاعتبار كلًّا من استرخاء الطاقة وعمليات فقدان الطور الصافي، مما يوفر فهمًا لخصائص التماسك لدى الكيوبت. يُستخرج T2 من تسلسل صدى Hahn.

بيانات المعايرة

ماذا يعني `error = 1`؟

إذا لم تنجح معايرة كيوبت أو حافة على مدار عدة أيام، سواء بسبب ضعف جودة البيانات أو عوامل داخلية أخرى، تُعدّ قيمة الخطأ المُبلَّغ عنها متقادمة وستُعرض على أنها 1. هذا لا يعني بالضرورة أن الكيوبت أو الحافة معطّلة أو أن الخطأ فعلاً يساوي 1؛ بل يُعدّ الخطأ غير محدد ويجب التعامل مع ذلك الكيوبت أو تلك البوابة بحذر.

يوفر القسم الثاني، بيانات المعايرة، بيانات الكيوبتات والتوصيل والبوابات. يمكنك اختيار عرض المعلومات على شكل خريطة أو رسم بياني أو جدول.

يمكنك تخصيص البيانات المعروضة في كل طريقة عرض باستخدام القوائم المنسدلة. مثلاً في طريقة عرض الخريطة، يمكنك اختيار البيانات التي تريد رؤيتها للكيوبتات والتوصيلات. تشير الأشرطة الملوّنة المرتبطة بالمخطط أو الرسم البياني إلى النطاق المعروض مع تحديد القيمة المتوسطة. يتغير الحد الأقصى والأدنى للألوان بحسب وحدة QPU.

لتنزيل بيانات المعايرة كملف CSV، انقر أيقونة التنزيل في الزاوية العلوية اليمنى من قسم بيانات المعايرة.

إضافةً إلى المعلومات المتوفرة في قسم التفاصيل من البطاقة، يتضمن قسم بيانات المعايرة أيضًا ما يلي:

مخطط التبولوجيا أو خريطة الاقتران | خطأ تخصيص القراءة | Prob meas0 prep1 | Prob meas1 prep0 | مدة القراءة (ns) | خطأ ID / خطأ √x (sx) / خطأ Pauli-X / خطأ RX | مدة البوابة أحادية الكيوبت (ns) | خطأ الدوران حول محور Z (RZ) | تشغيلية | مدة البوابة (ns) | خطأ 2Q | خطأ RZZ

مخطط التبولوجيا أو خريطة الاقتران

مخطط يبيّن أزواج الكيوبتات التي تدعم عمليات البوابة ثنائية الكيوبت بينها. يُعرف أيضًا بخريطة الاقتران أو التوصيل. تُمثَّل الكيوبتات بدوائر وتُعرض عمليات البوابة ثنائية الكيوبت المدعومة كخطوط تربط الكيوبتات.

خطأ تخصيص القراءة

يحدد خطأ القراءة متوسط احتمال قياس حالة الكيوبت بشكل خاطئ. يُحسب عادةً على أنه متوسط prob_meas0_prep1 وprob_meas1_prep0، مما يوفر مقياسًا واحدًا لدقة القياس.

Prob meas0 prep1

يشير هذا المعامل إلى احتمال قياس الكيوبت في حالة $|0\rangle$ عندما كان المقصود تهيئته في حالة $|1\rangle$، ويُرمز له بـ $P(0|1)$. يعكس أخطاء تهيئة الحالة والقياس (SPAM)، ولا سيما أخطاء القياس في الكيوبتات فائقة التوصيل.

Prob meas1 prep0

بالمثل، يمثل هذا المعامل احتمال قياس الكيوبت في حالة $|1\rangle$ عندما كان المقصود تهيئته في حالة $|0\rangle$، ويُرمز له بـ $P(1|0)$. كـprob_meas0_prep1، يعكس أخطاء SPAM مع كون أخطاء القياس المساهم الرئيسي في الكيوبتات فائقة التوصيل.

مدة القراءة (ns)

يحدد readout_length مدة عملية القراءة لكيوبت ما. ويقيس الوقت من بدء نبضة القياس حتى اكتمال رقمنة الإشارة، وبعدها يكون النظام جاهزًا للعملية التالية. إن فهم هذا المعامل ضروري لتحسين تنفيذ الدارة، خاصةً عند دمج قياسات منتصف الدارة.

خطأ ID / خطأ √x (sx) / خطأ Pauli-X / خطأ RX

الخطأ في البوابات أحادية الكيوبت المنفصلة ذات المدة المحدودة، مقاسًا من القياس العشوائي المرجعي. يتضمن تسلسل القياس المرجعي بوابات SX وID وX، ويُفترض أن أخطاءها متساوية. بوابة ID هي تأخير بمدة تساوي مدة بوابتي √X وX. بوابة RX تساوي أيضًا في المدة بوابتي √X وX بسعة متغيرة، ولذلك يُبلَّغ عن خطئها باعتباره مساويًا لخطأ هذه البوابات.

مدة البوابة أحادية الكيوبت (ns)

مدة عملية البوابة أحادية الكيوبت.

خطأ الدوران حول محور Z (RZ)

الخطأ في بوابة RZ الافتراضية. يُبلَّغ عنه بقيمة 0 دائمًا إذ تُنفَّذ هذه البوابة بالبرمجيات.

تشغيلية

تشير إلى ما إذا كان يمكن استخدام الكيوبت في الدارات.

مدة البوابة (ns)

مدة عملية البوابة ثنائية الكيوبت.

خطأ 2Q (Heron: CZ، Eagle: ECR)

خطأ 2Q لكل حافة، مستخرج من نفس دفعة القياسات المستخدمة لحساب خطأي الوسيط 2Q والأفضل 2Q.

خطأ RZZ (Heron)

الخطأ في بوابة RZZ مُحسوبًا كمتوسط على زوايا RZZ باستخدام متغيِّر من القياس العشوائي المرجعي للوحدات التحويلية الاعتباطية.

خطأ البوابة ثنائية الكيوبت (متعدد الطبقات)

يوفر القسم الثالث عرضًا موسّعًا لأدنى خطأ البوابة ثنائية الكيوبت (متعدد الطبقات) مقاسًا بدلالة عدد الكيوبتات في السلسلة. القيمة النهائية عند طول السلسلة 100 هي القيمة المعروضة في قسم التفاصيل. عمليًّا، تُقاس ست سلاسل من 100 كيوبت (مختارة مسبقًا بناءً على الأداء الأمثل المتوقع)، والقيمة المُبلَّغ عنها للعدد N من الكيوبتات هي أدنى خطأ وُجد في سلسلة فرعية بطول N يُبحث عنها في السلاسل الست البالغة 100 كيوبت.

عرض مواردك

للعثور على وحدات QPU المتاحة لك، افتح صفحة موارد الحوسبة (تأكد من تسجيل دخولك). لاحظ أن المنطقة التي اخترتها قد تؤثر على قائمة وحدات QPU المعروضة. انقر فوق أي وحدة QPU لعرض تفاصيلها.

يمكنك أيضًا عرض وحدات QPU المتاحة باستخدام backends API. مثلاً، سيُعيد الكود التالي جميع backends التي يمكن للـinstance المحدد (my_instance) الوصول إليها:

   QiskitRuntimeService(instance="my_instance_CRN")
   service.backends()

جدول البوابات والعمليات الأصلية

فئة العملية	الاسم
بوابات أحادية الكيوبت	RZ, SX, X, ID, delay
بوابات ثنائية الكيوبت	CZ, ECR
بوابات كسرية	RX (أحادية الكيوبت), RZZ (ثنائية الكيوبت)
تعليمات غير أحادية	measure, reset
تدفق التحكم	if_else (تغذية راجعة كلاسيكية)