Um estudo liderado por pesquisadores da North Carolina State University desenvolveu um novo método que permite aos computadores quânticos medir as propriedades termodinâmicas de sistemas calculando os zeros da função de partição.

"Nós ilustramos uma nova maneira de obter as propriedades termodinâmicas de um sistema, como energia livre, entropia, e outras propriedades que são muito complexas para serem medidas atualmente por meio de computação quântica ou tradicional, "diz Lex Kemper, professor associado de física da NC State e autor correspondente de um artigo que descreve o trabalho. "Ao calcular zeros de função de partição, estamos no caminho de resolver o problema de escalar para números maiores de qubits ao tentar calcular energias livres e entropias em um determinado sistema."

Os computadores quânticos são freqüentemente usados ​​para estudar sistemas complicados devido à sua capacidade de lidar com grandes cálculos além do alcance dos computadores convencionais. Contudo, alguns problemas, como medir a termodinâmica ou energia livre em um sistema (que envolve o cálculo de sua entropia), ainda são muito grandes até mesmo para esses computadores manipularem com eficiência.

Uma função de partição descreve as propriedades estatísticas de um sistema em equilíbrio termodinâmico. A energia total, energia livre, entropia, ou a pressão de um sistema pode ser expressa matematicamente em termos da função de partição ou seus derivados.

Kemper e seus colegas usaram um computador quântico para medir os zeros da função de partição, ao invés da entropia, de um modelo de spin conforme ele é ajustado em uma transição de fase.

"Nosso método pula a parte em que calculamos a entropia em favor de olhar para a função de partição, "Kemper diz." Isso porque a função de partição é uma função geradora - uma função na qual você pode realizar operações para obter outras informações termodinâmicas, como a energia interna e a entropia.

"Medimos a função de partição determinando onde ela é zero. Depois de saber todos os zeros de uma função, você conhece toda a função. Uma vez que os zeros estão no plano complexo, usamos um mapeamento entre ter um campo magnético complexo e a evolução no tempo para encontrá-los. "

Os pesquisadores calcularam a função de partição em um computador quântico padrão e em um computador quântico de íon aprisionado no laboratório de Norbert Linke na Universidade de Maryland. Os resultados de ambos foram comparados favoravelmente.

"Esta é uma maneira de usar um computador quântico para obter todas as propriedades termodinâmicas de um sistema sem a necessidade de um grande número de cálculos quânticos, "Kemper diz.

A pesquisa aparece em Avanços da Ciência .