QPU情報
IBM®は、多種多様な量子処理ユニット（QPU）へのアクセスを提供しています。IBMが展開するすべてのQPUは超伝導量子ビット技術に基づいており、この技術の制御性とスケーラビリティが、これらのQPUによる量子アドバンテージ達成への明確な道筋を示しています。
IBM Quantum® Platformのコンピュートリソースページにアクセスして、すべての公開IBM QPUを確認してください。任意のQPUをクリックすると、詳細情報カードが表示されます。
このページでは、QPU情報カードに記載されている詳細情報について説明します。
QPUバージョニング
各QPUはX.Y.Z（メジャー.マイナー.リビジョン）の形式のバージョン番号を持っています。特定のバージョン番号に対してコンパイルされた回路は、そのQPU上で実行することが保証されています。リビジョン番号が変更された場合、回路は引き続き実行されます。メジャーまたはマイナー番号が変更された場合、回路の実行は保証されませんが、実行できる場合もあります。バージョン番号が変更される条件を以下に示します。
メジャーバージョン
メジャーバージョンは、以下のような変更に対してインクリメントされます。
- サンプルの変更。
- 制御エレクトロニクスへの大規模な変更。
- QPUの新しい場所への移動（重大な動作変化が生じた場合）。
マイナーバージョン
マイナーバージョンは、以下のような変更に対してインクリメントされます。
- ウォームアップ／クールダウンサイクル。
- 一部のエレクトロニクスの交換（交換品が動作に著しく影響する場合）。
- 制御NOTゲートの方向の変更。
- キャリブレーションの問題によるゲートの一時的な無効化（ソフトウェアで修正できない場合）。
リビジョンバージョン
リビジョンバージョン番号は、既存のコンパイル済み回路を壊さない修正に対してインクリメントされます。これらの変更には以下が含まれます。
- フィデリティを向上させるための手動キャリブレーション。
- 動作に影響しない小規模なエレクトロニクスの変更。
- QPUソフトウェアのアップデート。
QPUの詳細
QPU情報カードの最初のセクションには、以下のQPU詳細情報が記載されています。
名前 | 量子ビット数 | 2Qエラー（最良値） | 2Qエラー（レイヤード） | CLOPS（またはCLOPS_h） | ステータス | リージョン | QPUバージョン | プロセッサータイプ | 基底ゲート | 保留中のジョブ総数 | 中央値2Qエラー | 中央値SXエラー | 中央値読み出しエラー | 中央値T1（緩和時間） | 中央値T2（脱位相時間）
名前
特定のQPUに割り当てられた一意の名前です。IBM Cloud®上でホストされるQPUの名前はibm_*で始まります。すべてのQPUには都市名が付けられており、例えばibm_kingstonのようになります。この名前は実際のQPUがホストされている場所を示すものではありません。世界中のIBM®の拠点にちなんで命名されています。
量子ビット数
QPU内の物理量子ビットの数です。
2Qエラー（最良値）
中央値の計算に使用した同じ測定バッチから得られた、デバイスのいずれかのエッジにおける最低の2量子ビット（2Q）エラーです（中央値2Qエラー参照）。
2Qエラー（レイヤード）
100量子ビットのチェーンにおけるレイヤードゲートあたりの平均エラー（EPLG）です。平均EPLGは、量子ビット（ここでは=100）のレイヤードチェーンにおける平均ゲートエラーを測定します。EPLG = 4/5(1-LF)の関係にある層フィデリティ（LF）と呼ばれる類似量から導出され、層フィデリティは量子ビットのレイヤードチェーンのプロセスフィデリティです。詳細については、論文Benchmarking quantum processor performance at scaleをご参照ください。なお、論文ではEPLGはプロセスエラーに対して定義されていますが、個別に報告されるゲートエラーとの整合性のため、ここでは平均ゲートエラーに対して引用しており、そのため4/5の係数が入っています。Qiskit Community GitHubにサンプルノートブックがあります。
CLOPS（またはCLOPS_h）
Circuit Layer Operations Per Second（回路レイヤー演算毎秒）は、QPU（量子処理ユニット）が単位時間あたりに実行できる100×100回路（ハードウェア対応回路）のレイヤー数を測定します。Qiskit Community GitHubにCLOPSコードがあります。
ステータス
QPUのステータスです。例えばOnline（オンライン）、Paused（一時停止）、Offline（オフライン）などがあります。
リージョン
データと実験がホストおよび処理されるデータセンターの場所です。
QPUバージョン
メジャー.マイナー.リビジョンの形式のQPUのバージョン番号です。この番号の付け方の詳細については、QPUバージョニングをご参照ください。
プロセッサータイプ
トポロジーを反映し、おおよその量子ビット数を示します。
基底ゲート
各プロセッサーファミリーにはネイティブゲートセットがあります。デフォルトでは、各ファミリーのQPUはネイティブゲートセット内のゲートと演算の実行のみをサポートしています。そのため、回路内のすべてのゲートは（トランスパイラーによって）このセットの要素に変換される必要があります。非ユニタリ演算はここには記載されていませんのでご注意ください。QPUのすべてのネイティブゲートと演算を確認するには、QiskitのメソッDを使用し てください。すべてのネイティブゲートの一覧はこの表でご確認ください。
保留中のジョブ総数
このQPUに送信したジョブの総数です。
中央値2Qエラー（Heron: CZ、Eagle: ECR）
ランダム化ベンチマーキングによる2量子ビット演算の平均ゲートフィデリティです。「分離」した状態で測定されます。エッジ間の量子ビットの最小分離が2つのバッチです。このランダム化ベンチマーキングは1量子ビットCliffordと2量子ビットゲートの交互レイヤーを使用するため、最終的な2Qエラー値には1量子ビットCliffordのレイヤーのエラーが含まれます。Qiskit Community GitHubにサンプルノートブックがあります。QPU情報カードのキャリブレーションデータセクションでエッジごとのデータを確認できます。
中央値SXエラー
すべての量子ビットに対して同時に測定されたランダム化ベンチマーキングによる√X（SX）ゲートの平均ゲートフィデリティです。ランダム化ベンチマーキングシーケンスにはSX、ID、Xゲートが含まれており、それらのエラーは同じであると仮定されています。
中央値読み出しエラー
読み出し演算のフィデリティです。読み出しエラーは、量子ビットを0（1）状態に準備し、1（0）状態での出力の確率を測定することで計算されます。報告値はこれら2つのエラーの平均です。中央値はすべての量子ビットにわたって取得されます。
中央値T1（緩和時間）
T1時間は、量子ビットがエネルギー緩和によって基底状態に減衰する前に、励起状態を維持する平均時間を表します。このパラメーターは量子ビットのエネルギー緩和特性を特徴付けるために使用され、秒（s）単位で表されます。
中央値T2（脱位相時間）
T2時間は、量子ビットがと状態の重ね合わせの位相コヒーレンスを維持する時間スケールを示します。エネルギー緩和と純粋な脱位相プロセスの両方を考慮し、量子ビットのコヒーレンス特性に関する洞察を提供します。T2はハーンエコーシーケンスから報告されます。
キャリブレーションデータ
データの品質が低いなどの内部要因により、量子ビットまたはエッジのベンチマーキングが数日間成功しない場合、報告されるエラー値は古いものとみなされ、1として報告されます。これは量子ビットまたはエッジが必ずしも機能していないこと、またはエラーが1であることを示す ものではありません。むしろ、エラーは未定義とみなされるため、その量子ビットまたはゲートを使用する際には注意が必要です。
2番目のセクション「キャリブレーションデータ」では、量子ビット、接続性、ゲートデータが提供されます。情報はマップ、グラフ、またはテーブルとして視覚化することができます。
ドロップダウンメニューを使用して、各ビューに表示されるデータをカスタマイズできます。例えば、マップビューでは、量子ビットと接続に表示するデータを選択できます。図またはグラフに関連付けられたカラーバーは、平均値がマークされた状態で表示される範囲を示します。色の最大値と最小値はQPUによって異なります。
キャリブレーションデータをCSVファイルとしてダウンロードするには、キャリブレーションデータセクションの右上にあるダウンロードアイコンをクリックしてください。
カードの詳細セクションで提供される情報に加えて、キャリブレーションデータセクションには以下も含まれます。
トポロジー図またはカップリングマップ | 読み出し割り当てエラー | Prob meas0 prep1 | Prob meas1 prep0 | 読み出し長（ns） | IDエラー / √x (sx) エラー / Pauli-Xエラー / RXエラー | 1量子ビットゲート長（ns）| Z軸回転（RZ）エラー | 動作状態 | ゲート長（ns） | 2Qエラー | RZZエラー
トポロジー図またはカップリングマップ
2量子ビットゲート演算をサポートする量子ビットのペアを示す図です。カップリングマップまたは接続性とも呼ばれます。量子ビットは円で表され、サポートされる2量子ビットゲート演算は量子ビットを結ぶ線で表示されます。
読み出し割り当てエラー
読み出しエラーは、量子ビットの状態を誤って測定する平均確率を定量化します。通常、prob_meas0_prep1とprob_meas1_prep0の平均として計算され、測定フィデリティの単一指標を提供します。
Prob meas0 prep1
このパラメーターは、状態に準備するつもりだった量子ビットを状態で測定する確率を示します（と表記）。超伝導量子ビットにおける状態準備・測定（SPAM）のエラー、特に測定エラーを反映しています。
Prob meas1 prep0
同様に、このパラメーターは状態に準備するつもりだった量子ビットを状態で測定する確率を表します（と表記）。prob_meas0_prep1と同様に、超伝導量子ビットでは測定エラーが主な原因となるSPAMエラーを反映しています。
読み出し長（ns）
readout_lengthは量子ビットの読み 出し演算の持続時間を指定します。測定パルスの開始からシグナルのデジタル化完了（その後システムは次の演算を実行可能）までの時間を測定します。このパラメーターを理解することは、特に中間回路測定を組み込む場合に、回路実行の最適化において重要です。
IDエラー / √x (sx) エラー / Pauli-Xエラー / RXエラー
ランダム化ベンチマーキングで測定された有限時間離散1量子ビットゲートのエラーです。ランダム化ベンチマーキングシーケンスにはSX、ID、Xゲートが含まれており、それらのエラーは同じであると仮定されています。IDゲートは√XゲートおよびXゲートの持続時間と等しい遅延です。RXゲートも可変振幅で√XゲートおよびXゲートと同じ持続時間であるため、これらのゲートと同じエラーを持つとして報告されます。
1量子ビットゲート長（ns）
1量子ビットゲート演算の持続時間です。
Z軸回転（RZ）エラー
仮想RZゲートのエラーです。ソフトウェアで実行されるため、すべて0として報告されます。
動作状態
量子ビットが回路で使用可能かどうかを示します。
ゲート長（ns）
2量子ビットゲート演算の持続時間です。
2Qエラー（Heron: CZ、Eagle: ECR）
2Q中央値および2Q最良値エラーの計算に使用した同じ測定バッチからのエッジごとの2Qエラーです。
RZZエラー（Heron）
任意のユニタリーのランダム化ベンチマーキングの変形を使用して、RZZ角度にわたって平均化されたRZZゲートのエラーです。
2量子ビットゲートエ ラー（レイヤード）
3番目のセクションでは、チェーン内の量子ビット数の関数として測定された最低の2量子ビットゲートエラー（レイヤード）の拡張ビューを提供します。チェーン長100の最終値は、詳細セクションに表示される値です。実際には、（期待される最適なパフォーマンスに基づいて事前に選択された）6つの100量子ビットチェーンが測定され、量子ビット数Nに対して報告される値は、6つの100量子ビットチェーンにわたって検索した部分長Nチェーンで見つかった最低エラーです。
リソースを表示する
利用可能なQPUを確認するには、コンピュートリソースページを開いてください（サインインしていることを確認してください）。選択したリージョンによって、表示されるQPUが異なる場合があります。QPUをクリックして詳細を表示します。
また、バックエンドAPIを使用して利用可能なQPUを表示することもできます。例えば、以下のコードは指定されたインスタンス（my_instance）がアクセスできるすべてのバックエンドを返します。
QiskitRuntimeService(instance="my_instance_CRN")
service.backends()
ネイティブゲートと演算の表
| 演算カテゴリ | 名前 |
|---|---|
| 1量子ビットゲート | RZ, SX, X, ID, delay |
| 2量子ビットゲート | CZ, ECR |
| 分数ゲート | RX（1量子ビット）, RZZ（2量子ビット） |
| 非ユニタリ命令 | measure, reset |
| 制御フロー | if_else（古典フィードフォワード） |