Partitionsfunktionsnuller er en genvej til termodynamiske beregninger på kvantecomputere

En undersøgelse ledet af forskere ved North Carolina State University udviklede en ny metode, der gør det muligt for kvantecomputere at måle systemers termodynamiske egenskaber ved at beregne nuller i partitionsfunktionen.

"Vi har illustreret en ny måde at komme til termodynamiske egenskaber ved et system, såsom fri energi, entropi, og andre egenskaber, der er for komplekse til i øjeblikket at kunne måles via traditionel eller kvanteberegning, "siger Lex Kemper, lektor i fysik ved NC State og tilsvarende forfatter til et papir, der beskriver værket. "Ved at beregne partitionsfunktionsnuller er vi på vej til at løse problemet med skalering til større antal qubits, når vi forsøger at beregne frie energier og entropier i et givet system."

Kvantecomputere bruges ofte til at studere komplicerede systemer på grund af deres evne til at håndtere store beregninger uden for konventionelle computere. Imidlertid, nogle problemer, såsom måling af termodynamik eller fri energi i et system (hvilket indebærer beregning af dens entropi), er stadig for store til, at selv disse computere kan håndtere effektivt.

En partitionsfunktion beskriver de statistiske egenskaber for et system i termodynamisk ligevægt. Den samlede energi, fri energi, entropi, eller tryk i et system kan udtrykkes matematisk i form af partitionsfunktionen eller dets derivater.

Kemper og hans kolleger brugte en kvantecomputer til at måle partitionsfunktionens nuller, snarere end entropien, af en spin -model, da den er indstillet på tværs af en faseovergang.

"Vores metode springer den del over, hvor vi beregner entropien til fordel for at se på partitionsfunktionen, "Kemper siger." Det er fordi partitionsfunktionen er en genererende funktion - en funktion, som du kan udføre operationer på for at få andre termodynamiske oplysninger såsom den indre energi og entropien.

"Vi måler partitionsfunktionen ved at bestemme, hvor den er nul. Når du kender alle nuller i en funktion, du kender hele funktionen. Da nullerne ligger i det komplekse plan, vi brugte en kortlægning mellem at have et komplekst magnetfelt og tidsudvikling for at finde dem. "

Forskerne beregnede fordelingsfunktionen på både en standard og en fanget ionkvantecomputer i laboratoriet hos Norbert Linke ved University of Maryland. Resultaterne fra begge sammenlignede sig positivt.

"Dette er en måde at bruge en kvantecomputer til at få alle de termodynamiske egenskaber i et system uden at kræve et stort antal kvanteberegninger, "Siger Kemper.

Forskningen vises i Videnskab fremskridt .