حلقتان دواميتان، أُطلقتا واحدة تلو الأخرى، تمر إحداهما عبر الأخرى وتتبادلان المواقع. هذه الرقصة، التي شوهدت لأول مرة في القرن التاسع عشر مع حلقات الدخان، أُعيد إنتاجها الآن على معالج كمومي. الدوامات هي ممثلون على المسرح الكمومي، حيث يلعب الزمن دور بُعد إضافي.
تصطدم الحسابات التقليدية لتفاعلات الدوامات بموارد حسابية: إذ يلزم حل التفاصيل الدقيقة ومراقبة التطور الطويل في آن واحد. أعاد المؤلفون صياغة طريقة الدوامات، حيث يوصف السائل بمجموعة من الدوامات النقطية، في شكل معادلة شرودنغر مع هاميلتوني فعال. تُرمَّز مواقع الدوامات في سعات الدالة الموجية، بينما يُرمَّز الزمن في كيوبتات إضافية مُحضَّرة في تراكب. مؤثرات تطور مُتحكَّم بها، مُدرَّبة على مقطع قصير من محاكاة تقليدية، تعمل على الكيوبتات المكانية اعتمادًا على حالة الكيوبتات الزمنية. وهكذا، في تشغيل واحد للدارة، نحصل على التاريخ الكامل للنظام.
أُجريت التجربة على ثماني كيوبتات من معالج فائق التوصيل بدقة بوابات أحادية الكيوبت تبلغ 99.97% وبوابات ثنائية الكيوبت 99.76%. بالنسبة لنظام من أربع دوامات يحاكي حلقتين دواميتين، أعادت الطريقة الكمومية إنتاج تأثير القفز، أي المرور المتناوب للحلقات عبر بعضها البعض. تجاوز التطابق مع المحاكاة المثالية 97% من حيث دقة الحالة، وبقيت انحرافات مواقع الدوامات أقل من 0.2 طوال التطور. تزامنت حقول السرعة المستعادة مع تلك المحسوبة. بالنسبة لنظام مضطرب من ثماني دوامات، أظهرت محاكاة رقمية على منصة MindQuantum ديناميكيات مستقرة مع الحفاظ على البنى المتماسكة. في الحالة اللزجة، تتبعت الطريقة الكمومية تطور دوامتين بدقة، بينما أعطت الطريقة اللاغرانجية التقليدية انحرافات ملحوظة.
يُظهر العمل أن الحاسوب الكمومي يمكنه التعامل مباشرة مع الدوامات كأشياء، وليس كاضطرابات على شبكة. وهذا يختلف عن المناهج المجاورة التي تتطلب إما دقة مكانية عالية أو تعاني من انهيار الحالة عند القياس في كل خطوة. هنا، التراكب الزمني يلغي الحاجة إلى إعادة تحضير الحالة، ووصف الدوامات يقلص بشكل حاد عدد الكيوبتات. هذا هو أول عرض تجريبي لطريقة الدوامات الكمومية على عتاد حقيقي للتفاعلات غير الخطية.
يمكن للطريقة أن تتطور نحو عدد أكبر من الدوامات وتدفقات ثلاثية الأبعاد. تحسين البوابات الكمومية، وتصحيح الأخطاء، وتصوير طوبوغرافي أكثر كفاءة ستسمح بتوسيع نطاق المحاكاة. من الممكن الدمج مع مخططات هجينة كمومية-تقليدية لحساب الاضطراب عند أعداد رينولدز عالية. قد تؤثر النتائج على الديناميكا المائية الحاسوبية، والأرصاد الجوية، وعلم المحيطات، وفيزياء البلازما، في كل مكان تكون فيه البنى الدوامية مهمة. كما تفتح الطريقة طرقًا جديدة لترميز البيانات الديناميكية في الذاكرة الكمومية.
الدوامات على المسرح الكمومي ليست مجرد استعارة جميلة. إنها طريقة جديدة لرؤية كيف يتشابك الزمان والمكان في حالة كمومية، وكيف يؤدي الممثلون الدوامات أدوارهم دون أي حركة زائدة.
تأثير "قفزة البرغوث" لحلقات الدوامات شوهد لأول مرة في القرن التاسع عشر: حلقتان من الدخان، أُطلقتا واحدة تلو الأخرى، تمر إحداهما عبر الأخرى بالتناوب وتتبادلان المواقع. الآن أُعيد إنتاج هذه الرقصة على معالج كمومي.
في رواية ليو تسي شين "مشكلة الأجسام الثلاثة"، يستخدم الفضائيون بنى دوامية للتحكم في الطقس. المحاكاة الكمومية للدوامات هي خطوة نحو فهم مثل هذه السيناريوهات الهيدروديناميكية القصوى.