Termal gevşeme — T₁ ve T₂ sürelerini kapı ve bekleme süresine bağlayan Aer kanalı

Termal gevşeme modeli, süperiletken kübitlerde ölçülen enerji gevşemesi (T₁) ve faz gevşemesi (T₂) sürelerini kapı veya bekleme süresine bağlayarak yoğunluk evrimini üretir. Aer’de bu, thermal_relaxation_error fabrikası ile tek kübit CPTP kanalına dönüştürülür. Bu sayfa süre parametrelerinin birimini, T₂ ≤ 2T₁ kısıtını ve modelin NoiseModel içinde nasıl kullanılacağını açıklar; histogram ve shot mantığı yine gürültü simülasyonu çizgisindedir.

Pauli ve depolarize ile fark

Pauli hataları ve depolarize gürültü genelde kapı sonrası soyut olasılık vektörleriyle tanımlanır; süre eksplicit değildir. Termal model ise nanosaniye cinsinden süre ile enerji ve faz bozulmasını ölçekler. İki yaklaşım aynı devrede birlikte kullanılabilir fakat yorum ve kalibrasyon disiplini farklıdır.

Teorik derinlik

Genlik sönümü ve faz sönümünün Kraus resmi T1 hataları sayfasında genişletilir; burada Aer API yüzeyi ve uygulama tuzakları öne çıkar.

T₁, uyanmış durumun boş duruma gevşeme e-folding süresidir; T₂ ise üstel faz kaybını karakterize eder ve daima T₂ ≤ 2T₁ olmalıdır — aksi halde Aer çalışma zamanında kanalı reddeder. Bu eşitsizlik, genlik kanalının faz kanalına üst sınır oluşturmasından gelir; kalibrasyon tablosunda T₂ > 2T₁ görürseniz önce ölçüm hatası veya fit modelini sorgulayın.

Pratik aralıklar

Tipik süperiletken değerler onlarca mikrosaniye ile yüzlerce mikrosaniye arasında değişir; kapı süreleri ise onlarca nanosaniye mertebesindedir. Bu yüzden aynı dosyada hem T₁ hem kapı süresi aynı birimde (çoğunlukla ns) yazılmalıdır; mikrosaniye ile nanosaniye karıştırmak gürültüyü binlerce kez yanlış ölçekler.

Yoğunluk resmi

Uzun süreli beklemelerde saf durumdan karışık duruma geçiş yoğunluk matrisi simülatöründe daha şeffaftır; statevector ile yalnızca üniter kısım doğrudan temsil edilir, stokastik gevşeme ise örnekleme ile gelir.

Donanım bağlamı

Soğutma ve kalibrasyon pratiği Soğutma ve kalibrasyon başlığıyla ilişkilendirilebilir; Aer modeli bu süreçlerin sonuç özeti olarak okunan T₁, T₂ sayılarına dayanır.

İmza thermal_relaxation_error(t1, t2, time, excited_state_population=0) şeklindedir. t1 ve t2 süreleri ile time aynı zaman biriminde olmalıdır; üçü de gerçek pozitif sayılardır. Dönüş değeri diğer fabrikalar gibi QuantumError nesnesidir ve NoiseModel.add_quantum_error ile belirli talimatlara iliştirilebilir.

CPTP doğrulama

Geçerli parametrelerle üretilen kanal CPTP olmalıdır; şüphede SuperOp(kanal).is_cptp() hızlı bir kontrol sunar. Geçersiz T₂ değeri anında istisna üretir — bu, sessizce yumuşatılan bir uyarı değildir.

Kraus ve Markov

Model Markov ve lokal varsayıyor; 1/f gürültüsü veya uzun korelasyonlar gerçek cihazda görülse de bu fabrikada temsil edilmez. Genel CPTP çerçeve Kraus ve CPTP sayfasında tutulur.

time argümanı, üretilen gevşeme kanalının hangi süre boyunca uygulanacağını belirler. Devredeki gerçek bekleme veya kapı süresi ile modeldeki time değerini hizalamazsanız, gürültü gücü yanlış ölçeklenir: örneğin 50 ns kapı için 5 µs süre kullanmak kanalı aşırı zayıf gösterir.

Delay talimatı

Qiskit delay talimatı, transpile sonrası da korunabildiğinde bekleme süresini doğrudan temsil eder; termal kanalı "delay" adına eklemek, bekleme sırasındaki bozulmayı modellemek için yaygın bir desendir. Taban dönüşümü ve zaman çizelgesi zamanlama ve taban kapıları ile birlikte düşünülmelidir.

Backend süreleri

Gerçekçi süreler için kalibre edilmiş süre sözlükleri backend özellikleri ve kalibrasyon verileri çizgisinden okunur; burada yalnızca Aer tarafındaki eşleme disiplini vurgulanır.

Gürültü modeli çerçevesi

Aynı talimat adına birden fazla kanal eklenmesi ve öncelik kuralları gürültü modeli sayfasında özetlenir; termal ve Pauli kanallarını üst üste bindirirken transpile çıktısını kontrol listesiyle doğrulayın.

excited_state_population parametresi, uzun süre limitinde yoğunluk matrisinin hangi uyanmış seviye popülasyonuna doğru gevşediğini kaydırır; sıfır seçildiğinde denge genelde soğuk duruma yakındır. Sıfırdan büyük değerler, fiili sıcaklık veya yanlış ölçeklenmiş okuma taban çizgisi gibi etkileri fenomenolojik olarak taklit etmek için kullanılabilir — mikroskobik sıcaklık modeli değildir.

Ölçüm ayrımı

Klasik ölçüm matrisi okuma hatası başlığındadır; buradaki parametre kuantum kanalının kendisine aittir. İkisini aynı deneyde karıştırmak histogramı çift kaydırmalı hale getirir.

Hazırlık ve bekleme

Uzun gecikmelerden önce ve sonra uygulanan kapılar, efektif olarak farklı toplam sürelere maruz kalır; dinamik devrelerde dinamik devreler zaman çizelgesini daha da karmaşıklaştırır.

Çoğu eğitim senaryosunda önce termal gevşeme ile süre tabanlı bozulma, ardından düşük oranlı Pauli veya depolarize kapı hatası eklenir. Birleşik modelin anlamı, kalibrasyon raporundan okunan toplam hata bütçesinin bu iki katmana nasıl bölündüğüne bağlıdır; aynı hatayı iki kez saymamak için kaynak belgelerinizi sabitleyin.

Sıra ve birim tutarlılığı

Aer çoğu yapılandırmada kanalları sırayla uygular; birim ve süre uyumsuzluğu küçük görünür fakat derinlikte birikerek sadakat eğrilerini bozar. Tek deneyde tek birim seçin ve tüm süreleri o birime çevirin.

from_backend köprüsü

Sahte veya gerçek backendden türetilen modeller from_backend çizgisinde özetlenir; termal parametreler genelde oradan akar, elle kurulumda ise siz taşırsınız.

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

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

ok = thermal_relaxation_error(50e3, 80e3, 120.0, 0.0)
print("CPTP (geçerli T2)?", SuperOp(ok).is_cptp())

try:
    thermal_relaxation_error(50e3, 110e3, 120.0, 0.0)
except Exception as exc:
    print("Beklenen hata:", exc)

from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit_aer import AerSimulator
from qiskit_aer.noise import NoiseModel, thermal_relaxation_error

t_ns = 2500.0
t1_ns, t2_ns = 12e3, 15e3

nm = NoiseModel()
nm.add_all_qubit_quantum_error(
    thermal_relaxation_error(t1_ns, t2_ns, t_ns, 0.0), ["delay"]
)

qc = QuantumCircuit(1)
qc.x(0)
qc.delay(int(t_ns), 0, unit="ns")
qc.measure_all()

sim = AerSimulator(noise_model=nm)
print(sim.run(qc, shots=6000).result().get_counts())

from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit_aer import AerSimulator
from qiskit_aer.noise import NoiseModel, thermal_relaxation_error

t_ns = 2000.0
t1_ns, t2_ns = 8e3, 10e3

def counts(pe):
    nm = NoiseModel()
    nm.add_all_qubit_quantum_error(
        thermal_relaxation_error(t1_ns, t2_ns, t_ns, pe), ["delay"]
    )
    qc = QuantumCircuit(1)
    qc.delay(int(t_ns), 0, unit="ns")
    qc.measure_all()
    sim = AerSimulator(noise_model=nm)
    return sim.run(qc, shots=7000).result().get_counts()

print("pe = 0.0 ", counts(0.0))
print("pe = 0.12", counts(0.12))

Termal gevşeme, süre ve sıcaklık parametrelerini Aer kanalına çeviren pratik bir köprüdür; doğru birim ve T₂ ≤ 2T₁ şartı olmadan model ya çöker ya da yanıltıcı olur.

• T1 hataları — genlik sönümü teorisi.
• Gürültü modeli — ekleme ve transpile.
• Pauli hataları — soyut kapı hatası ile birleştirme.
• Gürültü simülasyonu — Aer yürütümü.