配分函数零是量子计算机热力学计算的“捷径”
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由北卡罗来纳州立大学的研究人员领导的一项研究开发了一种新方法，使得量子计算机能够通过计算分区功能的零来测量系统的热力学性质。
“我们已经说明新方法得到系统的热力学性质,如自由能、熵,和其他属性太复杂目前被测量通过传统或量子计算,“Lex Kemper说,物理学副教授数控状态和论文的通讯作者描述的工作。“通过计算配分函数零，我们正在解决一个问题，即在试图计算给定系统中的自由能和熵时，要缩放到更大数量的量子位元。”
量子计算机通常用于研究复杂的系统，因为它们可以处理超出传统计算机范围的大计算的能力。然而，一些问题，例如测量系统中的热力学或自由能量（涉及计算其熵），甚至这些计算机仍然太大，甚至可以有效地处理。
分区功能描述了热力学平衡中系统的统计特性。系统的总能量，自由能，熵或压力可以在分区功能或其衍生物方面以数学方式表达。
Kemper和他的同事使用量子计算机来测量分区功能零，而不是熵，而不是旋转模型，因为它在跨相变横跨相位转换时调谐。
“我们的方法跳过我们计算熵的部分，有利于查看分区功能，”Kemper说。“这是因为分区功能是生成功能 - 您可以执行操作的功能，以便在其他热力学信息（如内部能量和熵）上进行操作。
“我们通过确定它为零来测量分区功能。一旦了解函数的所有零，您就知道整个功能。由于零位于复杂的平面中，我们使用了具有复杂的磁场和时间演变之间的映射来找到它们。“
研究人员计算了马里兰大学诺伯特·林克实验室的标准和捕获的离子量子计算机上的分区功能。两者的结果有利地比较。
“这是一种使用量子计算机获得系统的所有热力学特性的方法，而不需要大量的量子计算，”Kemper说。
这项研究发表在科学的进步并得到了美国能源部的支持(授予DE-SC0019469)。论文的第一作者Akhil Francis是北卡罗来纳州立大学的一名研究生。马里兰大学的诺伯特·林克和克里斯·门罗;乔治城大学的Jim Freericks;IonQ的Sonika Johri也参与了工作。
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编辑:抽象遵循。
“许多身体热力学在量子计算机上通过分区函数零”
作者：Akhil Francis，Xiao Xiao，A. F. Kemper，北卡罗来纳州立大学;D.朱，C. Huerta Alderete，C.Monroe，马里兰大学N.M.Linke;Sonika Johri，Ion Q;J. K.乔治城大学Freericks
发表：2021年8月18日在科学的进步
摘要：
相互作用的量子系统说明了包括对新订购阶段的相变的复杂现象。临界现象的普遍性质降低了他们的描述，以确定仅用于过渡温度和临界指数。数值计算这些在新的普遍性类别中的系统的结果由于临界速度而变得复杂，需要增加临界点附近的资源。另一种方法在复杂平面上分析地继续计算，并通过其零确定分区功能。在这里，我们展示了如何以可扩展的方式稳健地对嘈杂的中间刻度被捕获的离子量子计算机进行此分析，以可伸缩的方式作为原型。我们以XY的行为来说明作为各向异性的函数的XY样行为的转换。虽然量子计算机无法扩展到热力学限制，但我们的工作提供了一种通路，以便硬件改进，允许确定无法解决的系统的临界现象。
