قدمت IBM نموذج Directed Execution لخدمة IBM Quantum Compute Service، بهدف منح الباحثين تحكماً مباشراً في الطريقة التي تُحوَّل وتُشوَّش وتُنفَّذ بها الدوائر الكمية قبل تشغيلها على العتاد. وبدلاً من إبقاء منطق تخفيف الأخطاء مخفياً داخل خوادم IBM، يتيح النموذج تشغيل هذا المنطق على جهة العميل، حيث يمكن فحصه وتعديله وبناء مسارات مخصصة فوقه، من دون التخلي عن أداء أنظمة تتجاوز 100 كيوبت.
يرتكز النموذج على بدائية تنفيذ جديدة تسمى Executor. وهي تتعامل مع الدائرة القالبية ومعلماتها كعمليات على موترات، ما يسمح بإدارة عائلات كبيرة من نسخ الدائرة من دون تجميعها يدوياً. ووفق IBM، يستطيع Executor تشغيل أحمال تضم 5,000 عملية عشوائية أو أكثر، كما يدعم المسح عبر مستويات الضوضاء وتغييرات قواعد القياس ومجموعات المعلمات ضمن مهمة واحدة باستخدام قواعد بث شبيهة بـNumPy.
من التنفيذ الخفي إلى خطة قابلة للفحص
كانت بدائيتا Sampler وEstimator تنشئان نسخ الدوائر على الخادم لتحسين الأداء عند التعامل مع التجارب الكبيرة، لكن ذلك جعل عملية التنفيذ أقرب إلى الصندوق الأسود. ويعيد Directed Execution تقديم نقطة دخول منخفضة المستوى، مع إبقاء Sampler وEstimator متاحين كواجهتين مرتفعتَي المستوى تعملان فوق Executor.
تستخدم المنظومة إمكانيتَي Boxes وAnnotations اللتين ظهرتا في Qiskit SDK 2.0 و2.1 لتحديد مناطق ذات معنى داخل الدائرة ووصف التحويلات المطلوبة عليها. وتشمل التعليقات الجاهزة Twirl لتطبيق تدوير Pauli أو Clifford، وInjectNoise لإدخال الضوضاء بصورة قابلة للضبط، وChangeBasis للتحكم في تدوير الكيوبتات إلى حالات أساس محددة ومنها.
بعد ذلك تحول مكتبة Samplomatic مفتوحة المصدر الدائرة المعلّمة إلى مخرجين: دائرة قالبية قابلة للفحص، ووصفة منظمة تسمى Samplex تحدد كيفية إجراء العشوائية والمعالجة الكلاسيكية اللاحقة. وبما أن هذين المخرجين يُنشآن محلياً، يستطيع الباحث فحص انتشار التحويلات قبل إرسال العمل إلى المعالج الكمي.
ماذا يتغير عملياً للباحثين؟
أصبح تخفيف الأخطاء الذي تنفذه Sampler وEstimator قابلاً للفحص والتخصيص بدلاً من كونه خدمة خفية. وتوفر مكتبة Qiskit Noise Learning توصيفاً محلياً للضوضاء على مستوى مناطق الدائرة، مع دعم بروتوكولي Pauli-Lindblad وTREX. أما Qiskit Mitigation فتضم تطبيقات لأساليب مثل الإلغاء الاحتمالي للأخطاء (PEC)، وتضخيم الأخطاء الاحتمالي (PEA)، وTREX، والاستقراء إلى ضوضاء صفرية باستخدام طي البوابات (ZNE).
كما أصبحت بيئة التشغيل المحلية أكثر فائدة للاختبار. فعند استخدام Estimator الجديد مع محاكٍ محلي، يمكن تطبيق خيارات تخفيف الأخطاء نفسها قبل استهلاك وقت على وحدة المعالجة الكمية. وتوضح IBM أن نموذج FakeKingston يحاكي جهازاً من 156 كيوبت، وهو حجم لا يناسب محاكاة الحالة الكاملة محلياً؛ لذلك توصي بفحوص تقريبية سريعة عبر محاكاة Clifford.
وتعرض IBM مثالاً يجمع PEC وShaded Lightcones وTREX والانتقاء اللاحق في مسار واحد. ووفق النتائج المذكورة في المادة، خفّضت Shaded Lightcones كلفة أخذ العينات في PEC بنحو 3.4 مرات مع الحفاظ على دقة مماثلة ضمن إعداد نموذج الضوضاء الكامل.
صلة النموذج بتصحيح الأخطاء الكمية
لا يقتصر Directed Execution على تخفيف الأخطاء. تقول IBM إن التحكم المحلي نفسه يدعم أبحاث تصحيح الأخطاء، بما فيها تصحيح الأخطاء الكمي بالانتقاء اللاحق، وتجارب شفرات السطح. وتذكر أن دراسة على IBM Quantum Nighthawk طبقت شفرة سطحية من المسافة 5، وحسّنت معدل الخطأ المنطقي لكل جولة بما يصل إلى 2.8 مرة عبر تحديد عدد من المكونات الأقل أداءً وتوجيه الشفرة حولها.
ويمتد التحكم إلى مستوى النبضات، بما في ذلك توقيت البوابات، وإعادة ضبط الكيوبتات بسرعة، وقراءة معلومات القياس اللينة قبل التصنيف. لكن هذه الإمكانات لا تعني أن التصحيح الكمي أصبح مشكلة محلولة؛ فهي توفر منصة تجريبية أكثر شفافية لدراسة الأساليب، بينما تظل النتائج المذكورة مرتبطة بتجارب وأدوات محددة.
التوفر والقيود
أُطلقت بدائيتا Sampler وEstimator المحليتان في الإصدار 0.50.0 من qiskit-ibm-runtime، وتقول IBM إن مستخدمي الواجهتين الحاليتين يحتاجون غالباً إلى تحديث عبارات الاستيراد فقط مع استمرار عمل جسم الشيفرة. كما أطلقت الشركة أداة مفتوحة المصدر باسم migrate-qiskit-ibm-runtime للمساعدة في نقل الشيفرات من الإصدارات القديمة، بما فيها V1 وبدائيات V2 الخادمية القديمة.
تتمثل القيمة الأساسية هنا في نقل التحكم والشفافية إلى الباحث، لا في إطلاق عتاد كمي جديد. ويظل استخدام Executor مباشرة مناسباً لمن يحتاجون إلى بناء مسارات مخصصة أو اختبار بروتوكولات جديدة، بينما يستطيع المستخدمون الآخرون الاستمرار في استخدام Sampler وEstimator. أما مدى استفادة كل تجربة من التخفيف أو التصحيح فيبقى مرتبطاً بنموذج الضوضاء، وكلفة العينات، وطبيعة الدائرة والعتاد المستخدم.
كيف أعددنا هذا الخبر؟
اعتمد الخبر على المصدر الأصلي الموضح أعلاه. قد نستخدم أدوات آلية للمساعدة في الاستخراج والتصنيف والصياغة،
لكن النشر يخضع لقواعد تمنع المحتوى المكرر والقصير أو الروتيني منخفض القيمة.
اقرأ سياستنا التحريرية.