Un estudio dirigido por investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte desarrolló un nuevo método que permite a las computadoras cuánticas medir las propiedades termodinámicas de los sistemas calculando los ceros de la función de partición.

"Hemos ilustrado una nueva forma de llegar a las propiedades termodinámicas de un sistema, como la energía libre, entropía y otras propiedades que son demasiado complejas para ser medidas actualmente a través de la computación cuántica o tradicional, "dice Lex Kemper, profesor asociado de física en NC State y autor correspondiente de un artículo que describe el trabajo. "Al calcular los ceros de la función de partición, estamos en camino de resolver el problema de escalar a un mayor número de qubits cuando se trata de calcular energías libres y entropías en un sistema dado".

Las computadoras cuánticas se utilizan a menudo para estudiar sistemas complicados debido a su capacidad para manejar grandes cálculos más allá del alcance de las computadoras convencionales. Sin embargo, algunos problemas, como medir la termodinámica o la energía libre en un sistema (lo que implica calcular su entropía), todavía son demasiado grandes para que incluso estas computadoras las manejen de manera eficiente.

Una función de partición describe las propiedades estadísticas de un sistema en equilibrio termodinámico. La energía total, energía gratis, entropía o la presión de un sistema se puede expresar matemáticamente en términos de la función de partición o sus derivadas.

Kemper y sus colegas usaron una computadora cuántica para medir los ceros de la función de partición, en lugar de la entropía, de un modelo de giro a medida que se sintoniza a través de una transición de fase.

"Nuestro método omite la parte en la que calculamos la entropía a favor de mirar la función de partición, "Dice Kemper." Eso es porque la función de partición es una función generadora, una función en la que puede realizar operaciones para obtener otra información termodinámica, como la energía interna y la entropía.

"Medimos la función de partición determinando dónde es cero. Una vez que conoces todos los ceros de una función, conoces toda la función. Dado que los ceros se encuentran en el plano complejo, utilizamos un mapeo entre tener un campo magnético complejo y la evolución del tiempo para encontrarlos ".

Los investigadores calcularon la función de partición tanto en una computadora cuántica de iones atrapados como en una estándar en el laboratorio de Norbert Linke en la Universidad de Maryland. Los resultados de ambos se compararon favorablemente.

"Esta es una forma de utilizar una computadora cuántica para obtener todas las propiedades termodinámicas de un sistema sin necesitar una gran cantidad de cálculos cuánticos, "Dice Kemper.

La investigación aparece en Avances de la ciencia .