注釈

このページは tutorials/simulators/2_device_noise_simulation.ipynb から生成されました。

IBM Quantum lab でインタラクティブに実行します。

デバイスバックエンドを用いたノイズモデルのシミュレーション

はじめに

このノートブックは、Qiskit Aer noise モジュールを使用して、IBMQハードウェアデバイスの基本的なノイズモデルを自動的に生成する方法を示します。 このモデルを使用して、実際のデバイスで発生するエラーの影響を調べるために、QuantumCircuits のノイズのあるシミュレーションを行います。

これらの自動モデルは、実際のデバイスで発生する実際の誤差の*近似*に過ぎないことに注意してください。 これは、ゲート上の*平均誤差率*に関連する限られた入力パラメータのセットからビルドされなければならないという事実によるものです。 実機上の量子エラーの研究は活発な研究分野であり、他のノートブックでより詳細なノイズモデルを設定するための Qiskit Aer ツールについて議論します。

%matplotlib inline
from qiskit import IBMQ, transpile
from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit.providers.aer import AerSimulator
from qiskit.tools.visualization import plot_histogram

デバイスバックエンドノイズモデル

*Qiskit Aer*デバイスノイズモデルは、実際のデバイスの簡素化されたノイズモデルを自動的に生成します。 このモデルは、デバイスの BackendProperties で報告されたキャリブレーション情報を使用して生成され、考慮されます。

• 各量子ビットの各基底ゲートの gate_error 確率。

• 各量子ビットの各基底ゲートの gate_length 。

• 各量子ビットの \(T_1\) 、 \(T_2\) リラクゼーション時間定数。

• The readout error probability of each qubit.

Terra モックバックエンド

Qiskit Terra に保存されている日付を使用して、IBMQuantumデバイスの実際のノイズデータを使用します。 具体的には、このチュートリアルでのデバイスは ibmq_vigo です。

from qiskit.test.mock import FakeVigo
device_backend = FakeVigo()

デバイスとシミュレーション比較のためのテスト回路

Now we construct a test circuit to compare the output of the real device with the noisy output simulated on the Qiskit Aer AerSimulator. We will prepare a 3-qubit GHZ state \(\frac{1}{2}(|0,0,0\rangle + |1,1,1\rangle)\) on qubits 0, 1 and 2. Before running with noise or on the device we show the ideal expected output with no noise.

# Construct quantum circuit
circ = QuantumCircuit(3, 3)
circ.h(0)
circ.cx(0, 1)
circ.cx(1, 2)
circ.measure([0, 1, 2], [0, 1, 2])

sim_ideal = AerSimulator()

# Execute and get counts
result = sim_ideal.run(transpile(circ, sim_ideal)).result()
counts = result.get_counts(0)
plot_histogram(counts, title='Ideal counts for 3-qubit GHZ state')

デバイスを模倣するシミュレーターの生成

from_backend を呼び出して、 ibmq_vigo のシミュレーターを作成します。

sim_vigo = AerSimulator.from_backend(device_backend)

デバイスのプロパティを vigo_simulator に保存することで、シミュレーション用の回路をコンパイルするときに適切な基底ゲートとカップリングマップが使用されるようにし、実際のデバイスで実行されるゲートを最も厳密に模倣します。 さらに、 vigo_simulator には、次のもので構成される近似ノイズモデルが含まれています。

• 単一量子ビットゲートエラー 。単一量子ビットの脱分極(depolarizing)エラーと単一量子ビットの熱緩和(thermal relaxation)エラーで構成されています。

• ２量子ビットゲートエラー。２量子ビットの脱分極エラーと、ゲートの両量子ビットでの単一量子ビット熱緩和エラーで構成されています。

• 単一量子ビット読み出しエラー は、個々の量子ビットの測定から得られる古典ビット値です。

ゲートエラーの場合、熱緩和エラーのエラーパラメータは、個々の量子ビット \(T_1\) と \(T_2\) パラメータ、およびデバイスバックエンドプロパティの gate_time パラメータとともに、aer.noise.errors モジュールの`thermal_relaxation_error`` 関数を使用して生成されます。 次に、脱分極誤差の確率が設定されます。脱分極エラーからの平均ゲート忠実度と、それに続く熱緩和が、バックエンドプロパティからの gate_error 値に等しくなります。

読み出しエラーの場合、量子ビット readout_errors によって測定後に記録された古典ビット値が真の結果から反転される確率を返します。

Running a noise simulation

Once we have created a noisy simulator backend based on a real device we can use it to run noisy simulations.

Important: When running noisy simulations it is critical to transpile the circuit for the backend so that the circuit is transpiled to the correct noisy basis gate set for the backend.

# Transpile the circuit for the noisy basis gates
tcirc = transpile(circ, sim_vigo)

# Execute noisy simulation and get counts
result_noise = sim_vigo.run(tcirc).result()
counts_noise = result_noise.get_counts(0)
plot_histogram(counts_noise,
               title="Counts for 3-qubit GHZ state with device noise model")

If transpilation is skipped noise from the device noise model will not be applied to gates in the circuit that are supported by the simulator, but not supported by the mimicked backend.

import qiskit.tools.jupyter
%qiskit_version_table
%qiskit_copyright

Version Information

Qiskit Software	Version
Qiskit	0.25.0
Terra	0.17.0
Aer	0.8.0
Ignis	0.6.0
Aqua	0.9.0
IBM Q Provider	0.12.2
System information
Python	3.7.7 (default, May 6 2020, 04:59:01) [Clang 4.0.1 (tags/RELEASE_401/final)]
OS	Darwin
CPUs	6
Memory (Gb)	32.0
Fri Apr 02 12:01:10 2021 EDT

This code is a part of Qiskit

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