Fuente verificadaNivel 4

Randomized Benchmarking

El Randomized Benchmarking (RB) mide la fidelidad media de las puertas ejecutando secuencias aleatorias de puertas cada vez más largas que deberían devolver el cúbit a |0⟩, y ajustando el decaimiento exponencial de la probabilidad de supervivencia.

Míralo en movimiento

Tras registrarte gratis vuelves directamente a este concepto.

Continuar en la app →Ya tengo una cuenta

Qué significa

El Randomized Benchmarking (RB) es el procedimiento estándar para calificar lo bien que un procesador cuántico ejecuta sus puertas.La receta: ① generar una secuencia aleatoria de puertas; ② un ordenador clásico calcula el efecto neto de la secuencia y añade la puerta inversa que lo deshace todo, de modo que un dispositivo perfecto volvería siempre a |0⟩; ③ compilar la secuencia con la calibración actual y ejecutarla en la QPU; ④ medir la 'probabilidad de supervivencia' —con qué frecuencia el dispositivo vuelve realmente a |0⟩— a lo largo de cientos de repeticiones; ⑤ repetir con secuencias progresivamente más largas.Las secuencias más largas acumulan más error, así que la probabilidad de supervivencia decae exponencialmente con la longitud, siguiendo P(m) = A·p^m + B.La tasa de decaimiento da la fidelidad media de las puertas (p.ej., 99,92%), mientras que A y B absorben los errores de preparación de estado y medición (SPAM), una ventaja clave porque separa la calidad de las puertas de la calidad de la lectura.El RB promedia sobre secuencias aleatorias; para calificar una puerta específica como CNOT, el Interleaved RB inserta esa puerta entre las aleatorias y compara las tasas de decaimiento.

Analogía cotidiana

Dale a la máquina cadenas cada vez más largas de pasos de baile aleatorios, cada una terminada con el movimiento exacto de 'deshacerlo todo'. Un bailarín perfecto siempre vuelve a la posición inicial (|0⟩); cuenta cuántas veces la máquina lo consigue de verdad. Las cadenas más largas acumulan más error, así que la probabilidad de supervivencia decae exponencialmente — y esa tasa de decaimiento ES el error medio de puerta.
La palabra benchmark viene de la 'bench mark' de los topógrafos: una marca cincelada en piedra que servía de altura de referencia fija para todas las demás mediciones. El RB cincela una referencia fija en la pila cuántica: un número con el que comparar cada dispositivo y cada día.

Errores comunes

  • El RB es el trabajo más pesado de la pila: una sola ejecución de RB somete a prueba de estrés al transpilador (circuitos cada vez más largos), al compilador, al planificador de pulsos, al transporte cliente-servidor, al planificador de trabajos, a la electrónica de control Y a la QPU a la vez, y por eso tarda tanto.
  • El número del RB es un promedio sobre secuencias aleatorias: NO da la fidelidad de una puerta específica. Para eso hace falta el Interleaved RB, que inserta la puerta objetivo entre las puertas aleatorias y compara las tasas de decaimiento.

Puntos clave

  • Procedimiento: ① secuencia aleatoria de puertas → ② el ordenador clásico añade la puerta inversa ('deshacer') → ③ ejecución en la QPU con la calibración actual → ④ medición de la probabilidad de supervivencia en cientos de repeticiones → ⑤ repetición con longitudes crecientes.
  • La probabilidad de supervivencia decae exponencialmente con la longitud de la secuencia; la tasa de decaimiento da la fidelidad media de las puertas (p. ej., 99,92%).
  • En el ajuste P(m) = A·p^m + B, A y B absorben los errores de preparación de estado y medición (SPAM), aislando el error de puerta del error de lectura.
  • El RB estándar da un promedio sobre el conjunto de puertas; el Interleaved RB mide la fidelidad de una puerta específica.

Comprueba tu comprensión

En el Randomized Benchmarking, ¿qué añade el ordenador clásico a cada secuencia aleatoria de puertas antes de ejecutarla en la QPU?

  1. A.Una medición en la base X
  2. B.La puerta inversa que deshace toda la secuencia
  3. C.Una puerta aleatoria adicional
  4. D.Un pulso de calibración
Ver la respuesta

Respuesta: B. La puerta inversa que deshace toda la secuencia

Por qué: Con la puerta inversa añadida, un hardware perfecto devolvería siempre el cúbit a |0⟩ — así que cualquier fallo en el retorno mide el error de puerta acumulado, con independencia de qué puertas aleatorias se eligieran.

En el ajuste del RB P(m) = A·p^m + B, ¿cuál es el papel de las constantes A y B?

  1. A.Fijan la fidelidad media de las puertas
  2. B.Absorben los errores de preparación de estado y medición (SPAM)
  3. C.Cuentan el número de cúbits
  4. D.Fijan la longitud de la secuencia
Ver la respuesta

Respuesta: B. Absorben los errores de preparación de estado y medición (SPAM)

Por qué: Los errores SPAM desplazan y escalan la curva pero no cambian el parámetro de decaimiento p — por eso el RB aísla el error de puerta de los errores de preparación y lectura.

Se apoya en

Fidelidad de puerta

Conceptos relacionados

CalibraciónDecoherenciaDiafonía (Crosstalk)Retroalimentación rápida y FPGA

Fuente primaria: Magesan, Gambetta & Emerson, Phys. Rev. Lett. 106, 180504 (2011), doi:10.1103/PhysRevLett.106.180504

RB protocol and exponential decay model per Magesan 2011; P(m)=A p^m + B with SPAM absorption is the standard form.

Apréndelo con la práctica

Este concepto forma parte de un plan de 46 niveles, con un simulador interactivo y Lumen, un tutor que revisa sus respuestas e indica qué tan seguras son. Los niveles 1–5 son gratuitos.

Empezar gratisVer el plan de estudios