ตั้งค่า error mitigation

execution model ใหม่ เปิดให้ใช้งาน beta แล้ว

beta release ของ execution model ใหม่พร้อมใช้งานแล้ว directed execution model ให้ความยืดหยุ่นมากขึ้นในการปรับแต่ง error mitigation workflow ดูข้อมูลเพิ่มเติมใน guide Directed execution model

Package versions

โค้ดในหน้านี้พัฒนาโดยใช้ requirements ต่อไปนี้ แนะนำให้ใช้เวอร์ชันเหล่านี้หรือใหม่กว่า

qiskit-ibm-runtime~=0.43.1

เทคนิค error mitigation ช่วยให้ผู้ใช้ลดข้อผิดพลาดของ Circuit โดยการสร้าง model ของ noise ของอุปกรณ์ในขณะที่รัน โดยทั่วไปแล้วสิ่งนี้ทำให้เกิด overhead ในการประมวลผลเชิง quantum ที่เกี่ยวข้องกับการ train model และ overhead ในการประมวลผลเชิง classical เพื่อลดข้อผิดพลาดใน raw results โดยใช้ model ที่สร้างขึ้น

Estimator primitive รองรับเทคนิค error mitigation หลายอย่าง รวมถึง TREX, ZNE, PEC และ PEA ดู Error mitigation and suppression techniques สำหรับคำอธิบายของแต่ละอย่าง เมื่อใช้ primitives คุณสามารถเปิดหรือปิดวิธีการแต่ละอย่างได้ ดูส่วน การตั้งค่า error แบบกำหนดเอง สำหรับรายละเอียด

หมายเหตุ

Sampler ไม่รองรับ error mitigation แต่คุณสามารถใช้ package mthree (matrix-free measurement mitigation) เพื่อทำ error mitigation ในเครื่องได้

Estimator ยังรองรับ resilience_level ด้วย resilience level ระบุว่าต้องการสร้าง ความทนทานต่อข้อผิดพลาดมากแค่ไหน ระดับที่สูงกว่าสร้างผลลัพธ์ที่แม่นยำกว่า แต่ใช้เวลา ประมวลผลนานกว่า Resilience levels สามารถใช้ตั้งค่า cost/accuracy tradeoff เมื่อใช้ error mitigation กับ primitive query ข้อผิดพลาด mitigation ลดข้อผิดพลาด (bias) ในผลลัพธ์โดยการประมวลผล outputs จากชุดหรือ ensemble ของ Circuit ที่เกี่ยวข้อง ระดับของการลดข้อผิดพลาดขึ้นอยู่กับวิธีที่ใช้ resilience level เป็นการ abstract การเลือกวิธี error mitigation โดยละเอียดเพื่อให้ผู้ใช้สามารถพิจารณา cost/accuracy tradeoff ที่เหมาะสมกับ application ของตน

เมื่อคำนึงถึงสิ่งนี้ แต่ละระดับจะสอดคล้องกับวิธีหนึ่งหรือหลายวิธีที่มี quantum sampling overhead เพิ่มขึ้นเพื่อให้คุณทดลองกับ time-accuracy tradeoff ที่แตกต่างกัน ตารางต่อไปนี้แสดงว่าระดับและวิธีที่สอดคล้องกันใดบ้างที่มีสำหรับแต่ละ primitive

ข้อควรระวัง

error mitigation เป็น task-specific ดังนั้นเทคนิคที่คุณสามารถใช้จะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับว่าคุณกำลัง sampling distribution หรือสร้าง expectation values

Estimator รองรับ resilience levels ต่อไปนี้ Sampler ไม่รองรับ resilience levels

Resilience Level	คำจำกัดความ	เทคนิค
0	ไม่มี mitigation	ไม่มี
1 [ค่าเริ่มต้น]	ต้นทุน mitigation น้อยที่สุด: ลดข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับ readout errors	Twirled Readout Error eXtinction (TREX) measurement twirling
2	ต้นทุน mitigation ปานกลาง โดยทั่วไปลด bias ใน estimators แต่ไม่ได้รับประกันว่าจะ zero-bias	Level 1 + Zero Noise Extrapolation (ZNE) และ gate twirling

ข้อควรระวัง

Resilience levels ยังอยู่ใน beta ดังนั้น sampling overhead และ solution quality จะแตกต่างกันในแต่ละ Circuit ฟีเจอร์ใหม่ ตัวเลือกขั้นสูง และเครื่องมือจัดการจะเปิดตัวเป็นระยะๆ ไม่ได้รับประกันว่าวิธี error mitigation เฉพาะจะถูกใช้ในแต่ละ resilience level

ตั้งค่า Estimator ด้วย resilience levels

คุณสามารถใช้ resilience levels เพื่อระบุเทคนิค error mitigation หรือตั้งค่าเทคนิคแบบกำหนดเองแต่ละอย่างตามที่อธิบายใน การตั้งค่า error แบบกำหนดเอง

Resilience Level 0

ไม่มีการใช้ error mitigation กับ user program

Resilience Level 1

Level 1 ใช้ readout error mitigation และ measurement twirling โดยการใช้เทคนิค แบบ model-free ที่เรียกว่า Twirled Readout Error eXtinction (TREX) ซึ่งลด measurement error โดย diagonalizing noise channel ที่เกี่ยวข้องกับ measurement โดยการสุ่ม flip Qubit ผ่าน X gates ทันทีก่อนการวัด rescaling term จาก diagonal noise channel ถูก learn โดยการ benchmark random circuits ที่เริ่มต้นใน zero state สิ่งนี้ช่วยให้ service สามารถลบ bias ออกจาก expectation values ที่เกิดจาก readout noise แนวทางนี้อธิบาย เพิ่มเติมใน Model-free readout-error mitigation for quantum expectation values

Resilience Level 2

Level 2 ใช้ เทคนิค error mitigation ที่รวมอยู่ใน level 1 และยังใช้ gate twirling และ Zero Noise Extrapolation method (ZNE) อีกด้วย ZNE คำนวณ expectation value ของ observable สำหรับ noise factors ที่แตกต่างกัน (amplification stage) จากนั้นใช้ expectation values ที่วัดได้เพื่อ infer ideal expectation value ที่ zero-noise limit (extrapolation stage) แนวทางนี้มีแนวโน้มที่จะลดข้อผิดพลาดใน expectation values แต่ไม่ได้รับประกันว่าจะให้ผลลัพธ์ที่ unbiased

overhead ของวิธีนี้ขยายตามจำนวน noise factors การตั้งค่าเริ่มต้น sample expectation value ที่ noise factors สามค่า ทำให้มี overhead ประมาณ 3 เท่าเมื่อใช้ resilience level นี้

ใน Level 2 วิธี TREX จะสุ่ม flip Qubit ผ่าน X gates ทันทีก่อนการวัด และ flip bit ที่วัดได้ที่สอดคล้องกันถ้ามีการใช้ X gate แนวทางนี้อธิบายเพิ่มเติมใน Model-free readout-error mitigation for quantum expectation values

ตัวอย่าง

interface EstimatorV2 ให้ผู้ใช้ทำงานได้อย่างราบรื่นกับวิธี error mitigation หลากหลายเพื่อลดข้อผิดพลาดใน expectation values ของ observables โค้ดต่อไปนี้ใช้ Zero Noise Extrapolation และ readout error mitigation โดยเพียงแค่ตั้งค่า resilience_level 2

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

from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService
from qiskit_ibm_runtime import EstimatorV2 as Estimator

service = QiskitRuntimeService()
backend = service.least_busy(operational=True, simulator=False)

# Setting options during primitive initialization
estimator = Estimator(backend, options={"resilience_level": 2})

การตั้งค่า error แบบกำหนดเอง

คุณสามารถเปิดและปิดวิธี error mitigation และ suppression แต่ละอย่าง รวมถึง dynamical decoupling, gate และ measurement twirling, measurement error mitigation, PEC และ ZNE ดู Error mitigation and suppression techniques สำหรับคำอธิบายของแต่ละอย่าง

หมายเหตุ

• ไม่ใช่ทุกตัวเลือกที่มีสำหรับทั้งสอง primitives ดู available options table สำหรับรายการตัวเลือกที่มี
• ไม่ใช่ทุกวิธีที่ทำงานร่วมกันได้บน Circuit ทุกประเภท ดู feature compatibility table สำหรับรายละเอียด

Estimator

from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService
from qiskit_ibm_runtime import EstimatorV2 as Estimator

service = QiskitRuntimeService()
backend = service.least_busy(operational=True, simulator=False)

estimator = Estimator(backend)
options = estimator.options
# Turn on gate twirling.
options.twirling.enable_gates = True
# Turn on measurement error mitigation.
options.resilience.measure_mitigation = True

print(f">>> gate twirling is turned on: {estimator.options.twirling.enable_gates}")
print(f">>> measurement error mitigation is turned on: {estimator.options.resilience.measure_mitigation}")

Sampler

from qiskit_ibm_runtime import SamplerV2 as Sampler

# Estimator and Sampler have different options
sampler = Sampler(backend)
options = sampler.options

options.dynamical_decoupling.enable = True
# Turn on gate twirling. Requires qiskit_ibm_runtime 0.23.0 or later.
options.twirling.enable_gates = True

print(f">>> dynamical decoupling is turned on: {sampler.options.dynamical_decoupling.enable}")
print(f">>> gate twirling is turned on: {sampler.options.twirling.enable_gates}")

ปิด error mitigation ทั้งหมด

สำหรับคำแนะนำในการปิด error mitigation ทั้งหมด ดูส่วน Turn off all error suppression and mitigation

ขั้นตอนถัดไป

คำแนะนำ

• ลองทำตามตัวอย่างที่ใช้ error mitigation ใน Cost function lesson ใน IBM Quantum Learning
• เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ error mitigation และ error suppression techniques
• ตั้งค่า error suppression
• สำรวจ options อื่นๆ
• ตัดสินใจว่าจะรัน job ของคุณใน execution mode ใด