Uno studio condotto da ricercatori della North Carolina State University ha sviluppato un nuovo metodo che consente ai computer quantistici di misurare le proprietà termodinamiche dei sistemi calcolando gli zeri della funzione di partizione.

"Abbiamo illustrato un nuovo modo per ottenere le proprietà termodinamiche di un sistema, come l'energia libera, entropia, e altre proprietà che sono troppo complesse per essere attualmente misurate tramite l'informatica tradizionale o quantistica, "dice Lex Kemper, professore associato di fisica presso NC State e corrispondente autore di un articolo che descrive il lavoro. "Calcolando gli zeri della funzione di partizione siamo sulla buona strada per risolvere il problema del ridimensionamento a un numero maggiore di qubit quando si tenta di calcolare le energie libere e le entropie in un dato sistema".

I computer quantistici sono spesso usati per studiare sistemi complicati grazie alla loro capacità di gestire grandi calcoli oltre la portata dei computer convenzionali. Però, alcuni problemi, come misurare la termodinamica o l'energia libera in un sistema (che comporta il calcolo della sua entropia), sono ancora troppo grandi per essere gestiti in modo efficiente anche da questi computer.

Una funzione di partizione descrive le proprietà statistiche di un sistema in equilibrio termodinamico. L'energia totale, energia gratis, entropia, o la pressione di un sistema può essere espressa matematicamente in termini della funzione di partizione o delle sue derivate.

Kemper e i suoi colleghi hanno usato un computer quantistico per misurare gli zeri della funzione di partizione, piuttosto che l'entropia, di un modello di spin mentre è sintonizzato su una transizione di fase.

"Il nostro metodo salta la parte in cui calcoliamo l'entropia a favore della funzione di partizione, " Dice Kemper. "Questo perché la funzione di partizione è una funzione generatrice, una funzione su cui è possibile eseguire operazioni per ottenere altre informazioni termodinamiche come l'energia interna e l'entropia.

"Misuriamo la funzione di partizione determinando dove è zero. Una volta che conosci tutti gli zeri di una funzione, conosci l'intera funzione. Poiché gli zeri giacciono nel piano complesso, abbiamo usato una mappatura tra avere un campo magnetico complesso e l'evoluzione temporale per trovarli."

I ricercatori hanno calcolato la funzione di partizione sia su un computer quantistico standard che su uno a ioni intrappolati nel laboratorio di Norbert Linke presso l'Università del Maryland. I risultati di entrambi confrontati favorevolmente.

"Questo è un modo per utilizzare un computer quantistico per ottenere tutte le proprietà termodinamiche di un sistema senza richiedere un numero enorme di calcoli quantistici, "dice Kemper.

La ricerca appare in Progressi scientifici .