Pauli hataları — Aer’de ağırlıklı Pauli konjugasyonlarıyla tanımlanan karışım kanalı

Bu sayfa Aer’deki pauli_error fabrikasını ve Pauli dizeleriyle tanımlanan olasılıksal Pauli karışımı kanalını işler. Pauli cebiri, komütatörler ve ölçüm tabanı Pauli (kuantum bilgi) başlığında kalır; burada yalnızca gürültü modeli bağlamındaki kullanım ve olasılık disiplini öne çıkar. Klasik ölçüm matrisi okuma hatası dosyasındadır.

Karışık üniter kanal

pauli_error ürettiği nesne, seçilen Pauli operatörleriyle üniter konjugasyonların ağırlıklı karışımıdır; ağırlıklar normalize edildiğinde CPTP ailesine girer. Genel CPTP ve Kraus çerçevesi Kraus ve CPTP sayfasında derinleşir.

Yürütme ve histogram

Shot ve histogram akışı gürültü simülasyonu başlığında tutulur; burada kanalın nasıl tanımlandığı ve modele nasıl yazıldığı üzerinde durulur.

Tek kübitte kanal, biçimce E(ρ) = p_I ρ + p_X XρX + p_Y YρY + p_Z ZρZ ile yazılır; katsayılar negatif olmamalı ve toplamları 1 olmalıdır. Aer girişinde bu dört terim açıkça listelenir; bir terim atlanırsa kalan olasılığı birim operatöre (I) yazmak gerekir.

Fiziksel yorum

Yüksek p_Z ağırlığı faz gürültüsüne, p_X ise bit çevirmeye yakın etki verir; gerçek cihazlarda T₁ ve T₂ asimetrisi bu vektörü şekillendirir ve termal gevşeme modelleriyle ilişkilendirilir.

Doğrulama

Üretilen nesneyi SuperOp ile sarıp is_cptp() çağırmak, eğitim kodunda hızlı bir güvenlik ağıdır; laboratuvar bölümünde örneklenir.

İmza pauli_error(noise_ops) şeklindedir; noise_ops (Pauli veya dize, olasılık) çiftlerinden oluşan bir dizidir. Dizeler soldan sağa kübit indeksine karşılık gelir; tek kübitte "X", iki kübitte "IX" yalnızca ikinci kübitte X uygular.

Normalizasyon hatası

Olasılıkların toplamı 1 değilse Aer çalışma zamanında hata verir; bu, sessizce kırpılan bir uyarı değildir. Tasarımda önce fiziksel oranları yazıp ardından kalan kütleyi I terimine atamak pratik bir disiplindir.

Tomografi köprüsü

Deneyden çıkan Pauli ağırlıklarını kanala dökmek için süreç tomografisi ve ilgili soyutlamalar süreç tomografisi çizgisinde ele alınır; burada yalnızca modelleme yüzeyi özetlenir.

İki kübitlik kanalda Pauli grubu 16 elemandan oluşur; pratik modeller genelde seyrek bir alt küme seçer (örneğin II, IX, XI, IZ, ZI, ZZ). Her terim aynı Hilbert boyutunda olmalıdır; tensör uzayı uyumsuzluğu çalışma zamanı hatasına yol açar.

İki tek kübit kanalından fark

İki ayrı tek kübit pauli_error çağrısının tensörü ile tek seferde verilen iki kübit Pauli karışımı aynı aile değildir; dolanıklık korrelasyonlarını farklı şekillerde bozar. Bu ayrım depolarize gürültü sayfasındaki iki kübit depolarize tartışmasıyla paraleldir.

Topoloji

Hangi çiftte iki kübit hata tanımlandığı gürültü modeli ve coupling map ile uyumlu düşünülmelidir.

Depolarize gürültü, X, Y, Z hatalarının eş ağırlıklı özel durumudur (birim hariç üç Pauli eşit, birim kalan kütle ile tamamlanır). pauli_error ise bu simetriyi kırarak gerçek cihazlara daha yakın vektörler seçmeye izin verir.

Ne zaman hangisi?

Hızlı üst sınır ve ders örnekleri için depolarize; kalibrasyon tablosundan okunan asimetrik oranlar için Pauli listesi tercih edilir. İkisi de ardından NoiseModel üzerinden aynı şekilde bağlanır.

Parametre birimi

Farklı kaynaklar hata olasılığını kapı başına veya süre başına tanımlayabilir; Aer’deki değerler kapı sonrası kanal olasılıklarıdır. Birim karışıklığı histogramları yanlış ölçekler.

Üretilen QuantumError, add_quantum_error veya add_all_qubit_quantum_error ile modele eklenir. Transpile sonrası talimat adları taban kapıları seçimiyle örtüşmelidir; aksi halde kanal hiç uygulanmayabilir.

Ölçüm ayrımı

Kuantum kanalı ile ölçüm sonrası klasik hata karıştırılmamalıdır; ölçüm mantığı ile birlikte okunmalıdır.

Tekrar kullanım

Aynı Pauli kanal nesnesini paylaşırken modeli kopyalamak veya izolasyon için taze üretmek, gürültü modeli sayfasındaki paylaşım uyarılarıyla aynı doğrultudadır.

Örnekler qiskit ve qiskit-aer kurulumunu gerektirir; bulut çağrısı yoktur.

from qiskit_aer.noise import pauli_error
from qiskit.quantum_info import SuperOp

err = pauli_error([("I", 0.86), ("X", 0.06), ("Y", 0.04), ("Z", 0.04)])
print("CPTP?", SuperOp(err).is_cptp())

from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit.compiler import transpile
from qiskit_aer import AerSimulator
from qiskit_aer.noise import NoiseModel, pauli_error

nm = NoiseModel()
single = pauli_error([("I", 0.92), ("X", 0.04), ("Y", 0.02), ("Z", 0.02)])
nm.add_all_qubit_quantum_error(single, ["id", "rz", "h", "x"])
cx_e = pauli_error([("II", 0.94), ("IX", 0.02), ("XI", 0.02), ("ZZ", 0.02)])
nm.add_quantum_error(cx_e, ["cx"], [0, 1])

qc = QuantumCircuit(2)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)
qc.measure_all()

sim = AerSimulator(noise_model=nm)
tqc = transpile(qc, sim)
print(sim.run(tqc, shots=3000).result().get_counts())

from qiskit_aer.noise import pauli_error
from qiskit.quantum_info import SuperOp

two = pauli_error([("II", 0.9), ("IZ", 0.05), ("ZI", 0.05)])
print("2q CPTP?", SuperOp(two).is_cptp())

Pauli karışımı, Aer’de esnek gürültü tanımı sunar; doğru normalizasyon ve doğru dize uzunluğu olmadan model sessizce devre dışı kalabilir veya çalışma zamanı hatası üretir.

• Depolarize gürültü — eş ağırlıklı özel durum.
• Gürültü modeli — ekleme API ve transpile.
• Pauli — cebir ve ölçüm.
• Kraus ve CPTP — genel kanallar.