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在有限温度下表征量子物质相态对于理解复杂材料和大尺度热力学现象至关重要。本研究通过量子核函数展开（QKFE）技术开发了在量子硬件上模拟量子热力学的算法协议，能以均匀收敛方式生成自由能随温度变化的解析函数。该团队利用超导量子比特模拟横向场伊辛模型和XY模型验证了这些协议，在QKFE算法的模拟和数字实现中，量子模拟实验数据与理论精确解均呈现定量吻合。该方法为可编程量子设备计算热力学势提供了通用框架，可获取熵、热容和临界性等关键热力学性质，对材料设计和药物研发具有深远意义。