← Quantum Technology AtlasТехнологии · Машины · Архитектуры · ОрганизацииEnglishעברית

Смягчение ошибок в слоте кода (ZNE, PEC) — не код code_mitig

Классическая постобработка множества зашумлённых запусков — экстраполяция к нулевому шуму, вероятностная компенсация или усиление ошибок, твирлинг считывания, тензорно-сетевое обращение шума, — которая устраняет смещение средних значений (expectation values), не кодируя, не обнаруживая и не исправляя ни одной ошибки.

Смягчение ошибок в слоте кода (ZNE, PEC) — не код

code_mitig · слой 7 Код · продемонстрировано · с 2017
Открыть на карте

Экстраполяция к нулевому шуму, вероятностное подавление ошибок и постобработка тензорными сетями: то, что на деле занимает слот кода у NISQ-машины «утилитарного» масштаба. Они уменьшают смещение среднего при экспоненциальной цене выборки и ничего не исправляют — честное имя стека без кода.

Обзор →

Ключевые источники

[693] IBM, “Error mitigation and suppression techniques.” [Online]. Available: https://quantum.c…
[694] K. Temme, S. Bravyi, and J. M. Gambetta, “Error mitigation for short-depth quantum circuit… · 2017
[695] Y. Li and S. C. Benjamin, “Efficient Variational Quantum Simulator Incorporating Active Er… · 2017
[696] A. Kandala et al., “Error mitigation extends the computational reach of a noisy quantum pr… · 2019
[308] Y. Kim et al., “Evidence for the utility of quantum computing before fault tolerance,” Nat… · 2023

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя
промежуточный / не зависящий от носителя
(b) время · запутывание
—
(c) считывание
—
(d) подвижность
статическая разводка ближайших соседей
(e) управление
—
(f) структура ошибки
стохастическая паулиевская
(g) производство
—

Пространство оценки — датированные атрибуты

нет датированных атрибутов

Накладные расходы на выборку растут экспоненциально с объёмом схемы; логического кубита нет.

Участники и цели — аннотации

Решётка трансмонов с перестраиваемыми элементами связи (альтернатива) — IBM (Heron, Nighthawk), Google (Willow), Rigetti, IQM, OQC, USTC/Zhejiang, Fujitsu/RIKEN, QuantWare · G2 G3 G4

Рёбра

альтернативы: Повёрнутый поверхностный код (+ yoked-варианты)
° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 3 машин (0 основная · 3 альтернатива)

↗ карточка реестра · статья / продукт / пресса: ссылки, где машина названа (атрибуция проверена 20 сентября 2026)

Иллюстрации

У каждой иллюстрации — рассказ о том, что на ней, и строка авторства.

Fig. 1 — Figure 1: Schematic illustration of the PEC process for a single-qubit operation affected by a stochastic Pauli noise ℰPEC. For each s
A schematic of probabilistic error cancellation on one qubit: a state |ψ⟩ passes a gate U and a noise channel (red), then a correction drawn at random from the Pauli operations I, X, Y and Z (green), and is measured. Each outcome is weighted by the sign and size of quasi-probabilities q, and averaging N samples gives the mitigated estimate; the 'inverse' channel is a sum of Pauli operations with real, possibly negative, weights. It is Figure 1 of arXiv 2607.25704 by Yang, Kashefi and Ollivier on verifiable blind error cancellation. Notice that nothing is encoded: noise is cancelled statistically, at a sampling cost. “Fig. 1 — Figure 1: Schematic illustration of the PEC process for a single-qubit operation affected by a stochastic Pauli noise ℰPEC. For each…” by Bo Yang, Elham Kashefi, Harold Ollivier, arxiv.org/abs/2607.25704, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Fig. 1: An overview of the proposed CMAB-ZNE training loop. In each mini-batch, the agent either exploits the current bandit policy or explores cand…
A block diagram from a paper that tunes zero-noise extrapolation with a contextual multi-armed bandit. In the box marked ZNE, a circuit is run at amplified noise levels λ1, λ3 ... λ2a+1, the expectation values E(λ) are measured and a Richardson extrapolation estimates the zero-noise value E(0); on the left, a bandit agent chooses which set of noise scales to use, and an inset shows the four-qubit variational circuit being trained. It is Figure 1 of arXiv 2608.06426 by Rahman and Nguyen. Zero-noise extrapolation is error mitigation: statistical post-processing, with no logical qubits. “Fig. 1 — Fig. 1: An overview of the proposed CMAB-ZNE training loop. In each mini-batch, the agent either exploits the current bandit policy or explores candidate…” — Ratun Rahman, Dinh C. Nguyen, CC0 1.0. Source: arxiv.org/abs/2608.06426
code_mitig · слой 7 Код · центральность 5 · продемонстрировано · с 2017 · обновлено 2026-09-30

Смягчение ошибок в слоте кода (ZNE, PEC) — не код

Классическая постобработка множества зашумлённых запусков — экстраполяция к нулевому шуму, вероятностная компенсация или усиление ошибок, твирлинг считывания, тензорно-сетевое обращение шума, — которая устраняет смещение средних значений (expectation values), не кодируя, не обнаруживая и не исправляя ни одной ошибки.

Вердикт. Единственная обработка ошибок в большинстве сверхпроводниковых экспериментов масштаба полезности (utility-scale), включая два из трёх заявлений IBM о преимуществе (advantage) июля 2026 г.; оно покупает снижение смещения ценой числа запусков, экспоненциального по суммарной ошибке схемы, и не даёт ни одного логического кубита, так что по состоянию на 2026-09-26 это заменитель кода, а не шаг к нему.

Ключевые источники

ZNE = экстраполяция к нулевому шуму (zero-noise extrapolation); PEC = вероятностная компенсация ошибок (probabilistic error cancellation); PEA = вероятностное усиление ошибок (probabilistic error amplification); TREX = подавление ошибок считывания твирлингом (twirled readout error extinction); TEM = тензорно-сетевое смягчение ошибок (tensor-network error mitigation); γ = норма знакопеременной смеси, обращающей шум; P = суммарная вероятность паулиевских ошибок в обратном световом конусе наблюдаемой (вентилях, которые могут на неё повлиять); CZ = контролируемый Z (controlled-Z); G1–G7 = классы целей отчёта (см. «Участники и экономика»).

Сущность и происхождение

Смягчение ошибок (error mitigation) оценивает бесшумное среднее значение наблюдаемой по множеству зашумлённых запусков и классической постобработке; ничего не кодируется, ни один синдром не измеряется, ни одна ошибка не исправляется G[693]. Temme, Bravyi и Gambetta в 2016 г. предложили экстраполяцию к нулевому шуму методом Ричардсона и компенсацию путём квазивероятностной перевыборки D[694]; Li и Benjamin независимо экстраполировали усиленные ошибки к нулю D[695]. Аппаратная ZNE последовала в 2019 г. D[696]; затем появились PEA, усиливающее выученную модель шума внедрёнными паулиевскими ошибками D[308], TREX для считывания C[693] и TEM — тензорно-сетевое обращение глобального шума S[697]. Атрибуты: не зависит от платформы, статическое, без транспорта и модальности управления; после твирлинга класс ошибки паулиевский.

Физика и пределы

PEC записывает обратный шум каждого слоя как знакопеременную смесь реализуемых операций с нормой γ ≥ 1; оценка несмещённая, но число запусков растёт как γ², а γ — экспоненциально с глубиной C[693]. Для паулиевского шума γ ≈ e^(2P), поэтому число запусков умножается на ≈ e^(4P) S. При медианной ошибке CZ у Heron r3 в 0.15% D[698] 1 000 CZ в световом конусе дают P ≈ 1.5 и ≈ 400× запусков, 7 500 — ~10¹⁹× S; сегодняшние бюджеты 10²–10³× ограничивают P величиной около 1.2–1.7 S. ZNE делает выборки при усиленном шуме — по умолчанию с тремя коэффициентами, номинально ~3× C[693], — и экстраполирует; она смещена своей аппроксимацией и должна различить сигнал, ослабленный вплоть до e^(−2P), поэтому её стоимость растёт сопоставимо S. TEM заявляет квадратный корень из накладных расходов PEC S[697] — всё равно экспоненциально S. Предел общий: при локальном деполяризующем шуме накладные расходы любого протокола растут экспоненциально с глубиной D[699], включая нелинейную постобработку D[700], а оценка в худшем случае требует суперполиномиально многих выборок уже при малой глубине D[701]. Сдвинуть показатель экспоненты может только меньшая физическая ошибка.

При локальном деполяризующем шуме зашумлённое среднее значение наблюдаемой в схеме есть преобразование Лапласа её функции реактивности — вклада паулиевских путей, упорядоченных по весу (числу кубитов, на которые оператор Паули действует нетривиально); точное обращение плохо обусловлено, коэффициенты растут экспоненциально с весом, и восстановимы лишь сглаженные по весу особенности — ценой числа выборок, экспоненциального по отношению веса к разрешению P[891]. Прочтение Атласа, в статье не выведенное: смягчение ошибок масштабированием шума пытается выполнить то же обращение, поэтому его стоимость задаётся содержанием в схеме паулиевских компонент большого веса, а не одной лишь частотой ошибок.

Достигнутый инженерный уровень

таблица
Год Показатель Кто Тег+ключ
2019-03-27 ZNE растяжением импульсов; вариационная химия и магнетизм IBM, Kandala et al. D[696]
2023-05-08 PEC с выученной разреженной моделью Паули–Линдблада, включая перекрёстные помехи, 20 кубитов IBM, van den Berg et al. D[702]
2023-06-14 127 кубитов, до 60 слоёв, 2 880 CNOT; ZNE с PEA IBM Eagle, Kim et al. D[308]
2023-06/08 Классические воспроизведения: тензорная сеть точнее аппаратуры; паулиевская динамика на одном ядре ноутбука; сходимость до <0.01 Tindall et al.; Begušić, Chan; Begušić, Gray, Chan D[309]D[703]D[704]
2025-11-12 «samplomatic» сокращает выборочные накладные расходы PEC в 100× IBM C[486]
2026-07-27 QESEM (на основе PEC и ZNE) на Heron r3, 51–74 кубита, до 30 циклов Флоке; тензорные сети не сходятся Qedma, RIKEN, BlueQubit D[233]
2026-07-28 PEC на 56 кубитах, схемы до ~1 000 CZ: ~1.5 h и ~4 h времени QPU на двух глубинах Algorithmiq et al., ibm_boston D[698]
2026-08-31 Оценка наблюдаемых с PEA на схемах из 7 500 вентилей IBM Nighthawk r2 C[601]

Заявление 2023 г. о точности «за пределами классических вычислений методом полного перебора» D[308] было классически повторено в течение нескольких недель, а сошедшиеся значения выявили смещение в его экстраполяции D[704]; заявления 2026 г. опираются на расхождение классических эвристик, а не на доказанную сложность D[698]. Доминирующий член: P. Более быстрые запуски — 100 000 схем в секунду у Nighthawk r2, в 25× больше, чем у Heron, — сокращают реальное время выполнения, а не показатель экспоненты C[601].

Производство, материалы и цепочка поставок

Ничего не изготавливается; счёт выставляется временем QPU и классическими вычислениями — 3.2 млн запусков, ~45 min времени QPU на точку для перемасштабированной оценки Algorithmiq D[698]. Поставка — это среда выполнения (runtime) поставщика C[693], плюс QESEM от Qedma, который выучивает шум устройства, адаптирует схемы и выполняет постобработку C[705], и TEM от Algorithmiq в Qiskit Functions Catalog от IBM C[706].

Управление, считывание и нагрузка на ввод-вывод

Требование — калиброванная стабильная модель шума: PEA и PEC выучивают разреженную модель Паули–Линдблада для каждого слоя запутывающих вентилей при случайном паулиевском твирлинге D[308]D[702]; каждая схема компилируется во множестве рандомизированных экземпляров S. TREX рандомизирует измерения вентилями X и классическими переворотами битов, диагонализуя матрицу считывания для её обращения C[693]. Режим отказа — дрейф: модель, выученная перед четырёхчасовым запуском PEC, ошибочна ровно на то, что дрейфует во время него S. Прямой связи (feed-forward) нет, а на выходе — средние значения, а не выборки G[693].

Роль в стеке

Слот 7 архитектуры «Решётка трансмонов с перестраиваемыми элементами связи», рядом с code_surface, code_color, code_qldpc, code_magic и code_detect. Технология требует ct_rt — ради калиброванных моделей шума; вниз по стеку она ничего не обеспечивает — ни логического кубита, ни синдрома для декодеров слота 8; её заменяет code_surface, а открытое ребро конфликта (2023-06) не указывает никакого средства против её экспоненциальных накладных расходов. code_detect отбрасывает помеченные запуски ценой множителя 1/acceptance (обратной доли принятых запусков), тоже экспоненциального по размеру схемы; смягчение ошибок сохраняет каждый запуск и перевзвешивает, устраняя смещение лишь в среднем S. Формулировка реестра пробелов «все три заявления IBM о преимуществе июля 2026 г.» на деле означает два из трёх — QESEM на Heron r3 D[233] и PEC на ibm_boston D[698]; заявление IBM–UChicago использует послеотбор на пространственно-временных кодах, это результат code_detect C[45]. Предложенное в реестре пробелов размещение на ионах не принято, хотя Qedma повторила циклы на Quantinuum H2 и Helios D[233]. Реестр: IBM Eagle r1–r3 (основная, выведены из эксплуатации); Heron r3 и Nighthawk r2 (альтернативная).

Свидетельства — как измерены числа

PEC несмещённа и даёт планки погрешностей, если её модель шума верна, поэтому верификация сводится к валидации модели C[45]. Из 3 ячеек реестра проверены ✅ ячейки Heron r3 и Nighthawk r2 — первая по препринтам по ibm_boston июля 2026 г. D[233], [698], вторая по разделу блога об r2 C[601], — а ячейка Eagle помечена 🔎, хотя её источник её подтверждает D[308]. Heron r1 и Nighthawk r1 кода не несут: первичного источника с названным методом смягчения, выполненным на самом r1, нет, а статья в прессе об r3, на которую ссылается его ячейка, ни одного метода не называет P[707]. Zuchongzhi 3.0 и Tianyan-287 выполняют выборку из случайных схем (random-circuit sampling), оцениваемую по сырой точности; их аннотации не упоминают ни смягчения, ни коррекции ошибок D[35]D[708], так что по состоянию на 2026-09-26 их слот кода пуст, а не занят смягчением.

Стократное сокращение накладных расходов PEC с помощью samplomatic (IBM, 2025-11-12) — заявление в блоге. Не опубликовано: его базовая линия и класс схем, а также число запусков, время QPU и наблюдаемая в PEA-прогоне Nighthawk r2 на 7 500 гейтов. Масштабирование числа запусков e^(4P) и значения P выведены из построения PEC и опубликованных частот ошибок, а не процитированы из источника.

Участники и экономика

Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что именно они делают с этой технологией | Свидетельства |
|---|---|---|---|---|
| IBM | разработчик | США | TREX, ZNE, PEA, PEC в Qiskit Runtime; эксперимент utility 2023 г.; PEA на 7 500 вентилях | C[693]D[308]C[601] |
| Qedma | поставщик ПО | Израиль | QESEM: выучивание шума, оценивающие стороны на основе PEC и ZNE | D[233] |
| Algorithmiq | поставщик ПО | Италия (ранее Финляндия) | TEM в каталоге IBM; PEC в заявлении на основе эха Лошмидта | C[706]D[698] |
| Flatiron Institute | исследования | США | Участник открытого трекера преимущества | C[486] |

Деньги.

  • 2025-07-03 · Qedma · раунд серии A во главе с Glilot Capital Partners при участии IBM · USD 26 M · объявлено C[705]
  • 2026-05-11 · Algorithmiq · раунд во главе с United Ventures, с участием CDP и Inventure · EUR 18 M (всего EUR 36 M) · объявлено C[709]

Рынок и цепочка поставок. Продаётся как опции среды выполнения и функции третьих сторон в облаке поставщика аппаратуры, причём IBM владеет долей в Qedma: вертикально связанный рынок. Работает только на G2; G3–G4 нужен код.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Ни один стандарт не определяет ни показателя качества для оценок со смягчением ошибок, ни формата раскрытия модели шума; датированного подсчёта патентов по названной базе данных нет по состоянию на 2026-09-26.

Дорожные карты и послужной список. IBM обещала ревизии Nighthawk на 5 000, 7 500, 10 000 и 15 000 вентилей R[486]; шаг в 7 500 вентилей, её веха на 2026 г., поставлен 2026-08-31 с PEA C[601].

Стратегическое прочтение. Смягчение ошибок делает продуктом модель шума и удерживает стоимость внутри стека поставщика аппаратуры. В отказоустойчивость переходит только выучивание шума; когда работает код, технология пустеет.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить, если к 2027-12-31 появится несмещённая оценка PEC на ≥5 000 вентилях с планками погрешностей или если одно из заявлений июля 2026 г. доживёт до 2027-07-31 без сошедшегося классического воспроизведения; понизить эти заявления до уровня utility, если с ними совпадут сошедшиеся значения тензорных сетей или распространения Паули (Pauli propagation), как в 2023 г.
Открытые вопросы. (1) Насколько стабильна выученная модель Паули–Линдблада на протяжении многочасового запуска при 10³–10⁴ вентилях? (2) Сохраняется ли квадратичная экономия TEM при ошибке модели на реальной аппаратуре? (3) С какого размера код обнаружения плюс смягчение ошибок выигрывает у одного смягчения по числу запусков? (4) Можно ли доказать классическую сложность задачи оценки среднего значения со смягчением ошибок? (5) Какой множитель числа запусков потратил 7 500-вентильный запуск PEA на Nighthawk r2?

Литература
  1. [35] D. Gao et al., “Establishing a New Benchmark in Quantum Computational Advantage with 105-qubit Zuchongzhi 3.0 Processor,” Phys. Rev. Lett., vol. 134, Art. no. 090601, Mar. 2025, doi: 10.1103/PhysRevLett.134.090601. arXiv:2412.11924. [D]
  2. [45] A. Kandala, A. Javadi-Abhari, and J. Gambetta, “Researchers demonstrate quantum advantage through trusted quantum computation,” IBM Quantum Computing Blog, Jul. 30, 2026. [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/blog/quantum-advantage [C]
  3. [233] E. Leviatan et al., “Resolving Structure in Prethermal Floquet Dynamics with Precision Quantum Computation,” arXiv:2607.24937, Jul. 2026. [D]
  4. [308] Y. Kim et al., “Evidence for the utility of quantum computing before fault tolerance,” Nature, vol. 618, no. 7965, pp. 500–505, Jun. 2023, doi: 10.1038/s41586-023-06096-3. [D]
  5. [309] J. Tindall, M. Fishman, M. Stoudenmire, and D. Sels, “Efficient Tensor Network Simulation of IBM's Eagle Kicked Ising Experiment,” PRX Quantum, vol. 5, no. 1, Art. no. 010308, Jan. 2024, doi: 10.1103/PRXQuantum.5.010308. arXiv:2306.14887. [D]
  6. [486] R. Mandelbaum, “Scaling for quantum advantage and beyond,” IBM Quantum Computing Blog, Nov. 12, 2025. [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/blog/qdc-2025 [C]
  7. [601] H. Haas, D. McKay, and R. Davis, “IBM Quantum Nighthawk r2—more circuits, faster,” IBM Quantum Computing Blog, Aug. 31, 2026. [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/blog/nighthawk-r2 [C]
  8. [693] IBM, “Error mitigation and suppression techniques.” [Online]. Available: https://quantum.cloud.ibm.com/docs/en/guides/error-mitigation-and-suppression-techniques [C]
  9. [694] K. Temme, S. Bravyi, and J. M. Gambetta, “Error mitigation for short-depth quantum circuits,” Phys. Rev. Lett., vol. 119, Art. no. 180509, 2017, doi: 10.1103/PhysRevLett.119.180509. arXiv:1612.02058. [D]
  10. [695] Y. Li and S. C. Benjamin, “Efficient Variational Quantum Simulator Incorporating Active Error Minimization,” Phys. Rev. X, vol. 7, no. 2, Art. no. 021050, Jun. 2017, doi: 10.1103/PhysRevX.7.021050. arXiv:1611.09301. [D]
  11. [696] A. Kandala et al., “Error mitigation extends the computational reach of a noisy quantum processor,” Nature, vol. 567, pp. 491–495, Mar. 2019, doi: 10.1038/s41586-019-1040-7. arXiv:1805.04492. [D]
  12. [697] S. Filippov, M. Leahy, M. A. C. Rossi, and G. García-Pérez, “Scalable tensor-network error mitigation for near-term quantum computing,” arXiv:2307.11740, Jul. 2023. [S]
  13. [698] S. V. Barron et al., “Observable Estimation in the Absence of Classical Verification,” arXiv:2607.25998, Jul. 2026. [D]
  14. [699] R. Takagi, S. Endo, S. Minagawa, and M. Gu, “Fundamental limits of quantum error mitigation,” npj Quantum Inf., vol. 8, Art. no. 114, 2022, doi: 10.1038/s41534-022-00618-z. arXiv:2109.04457. [D]
  15. [700] R. Takagi, H. Tajima, and M. Gu, “Universal Sampling Lower Bounds for Quantum Error Mitigation,” Phys. Rev. Lett., vol. 131, Art. no. 210602, 2023, doi: 10.1103/PhysRevLett.131.210602. arXiv:2208.09178. [D]
  16. [701] Y. Quek, D. S. França, S. Khatri, J. J. Meyer, and J. Eisert, “Exponentially tighter bounds on limitations of quantum error mitigation,” Nat. Phys., vol. 20, p. 1648, 2024, doi: 10.1038/s41567-024-02536-7. arXiv:2210.11505. [D]
  17. [702] E. van den Berg, Z. K. Minev, A. Kandala, and K. Temme, “Probabilistic error cancellation with sparse Pauli–Lindblad models on noisy quantum processors,” Nat. Phys., vol. 19, no. 8, pp. 1116–1121, May 2023, doi: 10.1038/s41567-023-02042-2. arXiv:2201.09866. [D]
  18. [703] T. Begušić and G. K.-L. Chan, “Fast classical simulation of evidence for the utility of quantum computing before fault tolerance,” arXiv:2306.16372, Jun. 2023. [D]
  19. [704] T. Begušić, J. Gray, and G. K.-L. Chan, “Fast and converged classical simulations of evidence for the utility of quantum computing before fault tolerance,” Sci. Adv., Art. no. eadk4321, 2024, doi: 10.1126/sciadv.adk4321. arXiv:2308.05077. [D]
  20. [705] QEDMA, “QEDMA raises $26M with participation from IBM to tackle quantum computing errors and accelerate pace to quantum advantage,” PR Newswire, Jul. 3, 2025. [Online]. Available: https://www.prnewswire.com/news-releases/qedma-raises-26m-with-participation-from-ibm-to-tackle-quantum-computing-errors-and-accelerate-pace-to-quantum-advantage-302497701.html [C]
  21. [706] Algorithmiq, “Algorithmiq Launches High-Performing Error Mitigation Solution in IBM's Qiskit Functions Catalog,” Sep. 16, 2024. [Online]. Available: https://www.algorithmiq.fi/news/press-release-tem-ibm-qiskit-functions/ [C]
  22. [707] M. Ivezic, “IBM Launches Heron R3 (ibm_pittsburgh): ~350 uS T2 and a Quality Upgrade for Its 156-Qubit Platform,” PostQuantum.com, Aug. 1, 2025. [Online]. Available: https://postquantum.com/industry-news/ibm-heron-r3-pittsburgh/ [P]
  23. [708] T. Q. Group, “Tianyan: Cloud services with quantum advantage,” arXiv:2512.10504, Dec. 2025. [D]
  24. [709] Algorithmiq, “Algorithmiq Establishes Milan Headquarters and raises €18m to Position Europe as the Future of Quantum Software,” May 11, 2026. [Online]. Available: https://algorithmiq.fi/news/algorithmiq-establishes-milan-headquarters-and-raises-18m-to-position-europe-as-the-future-of-quantum-software/ [C]
  25. [891] T. Schuster and A. Elben, “Probing the classical complexity of quantum dynamics experiments,” arXiv:2609.31830, Sep. 2026. [P]