Нули функции распределения – это кратчайший путь к термодинамическим расчетам на квантовых компьютерах
В исследовании, проведенном учеными из Университета штата Северная Каролина, был разработан новый метод, который позволяет квантовым компьютерам измерять термодинамические свойства систем путем вычисления нулей статистической суммы.
«Мы проиллюстрировали новый способ получить термодинамические свойства системы, такие как свободная энергия, энтропия и другие свойства, которые в настоящее время слишком сложны, чтобы их можно было измерить с помощью традиционных или квантовых вычислений», – говорит Лекс Кемпер, доцент физики. в штате Северная Каролина и автор-корреспондент документа с описанием работы.
«Вычисляя нули статистической суммы, мы находимся на пути к решению проблемы масштабирования до большего числа кубитов при попытке вычислить свободную энергию и энтропию в данной системе».
Квантовые компьютеры часто используются для изучения сложных систем из-за их способности обрабатывать большие вычисления, недоступные для обычных компьютеров. Однако некоторые проблемы, такие как измерение термодинамики или свободной энергии в системе (что включает в себя вычисление ее энтропии), все еще слишком велики, чтобы даже эти компьютеры могли с ними справиться эффективно.
Статистическая сумма описывает статистические свойства системы в термодинамическом равновесии. Полная энергия, свободная энергия, энтропия или давление системы могут быть математически выражены через статистическую сумму или ее производные.
Кемпер и его коллеги использовали квантовый компьютер для измерения нулей статистической суммы, а не энтропии спиновой модели, когда она настраивается на фазовый переход.
«Наш метод пропускает ту часть, где мы вычисляем энтропию, в пользу рассмотрения статистической суммы», – говорит Кемпер.
«Это потому, что статистическая сумма является производящей функцией – функцией, с которой вы можете выполнять операции, чтобы получить другую термодинамическую информацию, такую как внутренняя энергия и энтропия.
«Мы измеряем статистическую сумму, определяя, где она равна нулю. Как только вы знаете все нули функции, вы знаете всю функцию. Поскольку нули лежат в комплексной плоскости, мы использовали сопоставление между наличием комплексного магнитного поля и эволюцией во времени, чтобы найти их ».
Исследователи рассчитали статистическую сумму как на стандартном, так и на квантовом компьютере с захваченными ионами в лаборатории Норберта Линке в Университете Мэриленда. Результаты обоих сравнивались положительно.
«Это способ использовать квантовый компьютер для получения всех термодинамических свойств системы без необходимости проведения огромного количества квантовых вычислений», – говорит Кемпер.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
