Dos anillos de vórtice lanzados uno tras otro se atraviesan mutuamente, intercambiando sus posiciones. Esta danza, observada por primera vez en el siglo XIX con anillos de humo, ahora se ha reproducido en un procesador cuántico. Los vórtices son actores en el escenario cuántico, donde el tiempo actúa como una dimensión adicional.
Los cálculos clásicos de interacciones entre vórtices chocan con los recursos computacionales: hay que resolver simultáneamente detalles finos y seguir una evolución prolongada. Los autores reformularon el método de vórtices, donde el fluido se describe mediante un conjunto de vórtices puntuales, en forma de ecuación de Schrödinger con un hamiltoniano efectivo. Las posiciones de los vórtices se codifican en las amplitudes de la función de onda, y el tiempo, en cúbits adicionales preparados en superposición. Operadores de evolución controlados, entrenados en un corto segmento de simulación clásica, actúan sobre los cúbits espaciales según el estado de los temporales. Así, en una sola ejecución del circuito se obtiene toda la historia del sistema.
El experimento se realizó en ocho cúbits de un procesador superconductor con una precisión del 99,97% en puertas de un cúbit y del 99,76% en puertas de dos cúbits. Para un sistema de cuatro vórtices que simula dos anillos de vórtice, el método cuántico reprodujo el efecto de salto, es decir, el paso alternado de los anillos a través de sí mismos. La coincidencia con la simulación ideal superó el 97% en precisión de estado, y las desviaciones de las posiciones de los vórtices se mantuvieron por debajo de 0,2 durante toda la evolución. Los campos de velocidad reconstruidos coincidieron con los calculados. Para un sistema turbulento de ocho vórtices, la simulación numérica en la plataforma MindQuantum mostró una dinámica estable con conservación de estructuras coherentes. En el caso viscoso, el método cuántico siguió con precisión la evolución de dos vórtices, mientras que el método lagrangiano clásico dio desviaciones notables.
El trabajo demuestra que un ordenador cuántico puede operar directamente con vórtices como objetos, no como perturbaciones en una malla. Esto difiere de enfoques vecinos que requieren una alta discretización espacial o sufren el colapso del estado al medir en cada paso. Aquí, la superposición temporal elimina la necesidad de preparar repetidamente el estado, y la descripción de vórtices reduce drásticamente el número de cúbits. Esta es la primera demostración experimental del método de vórtices cuánticos en hardware real para interacciones no lineales.
El método puede evolucionar hacia un mayor número de vórtices y flujos tridimensionales. La mejora de las puertas cuánticas, la corrección de errores y una tomografía más eficiente permitirán escalar las simulaciones. Es posible combinarlo con esquemas híbridos cuántico-clásicos para calcular turbulencias a altos números de Reynolds. Los resultados podrían influir en la hidrodinámica computacional, la meteorología, la oceanografía y la física de plasmas, en todos los ámbitos donde las estructuras de vórtices son importantes. El método también abre nuevas formas de codificar datos dinámicos en memoria cuántica.
Los vórtices en el escenario cuántico no son solo una metáfora bonita. Son una nueva manera de ver cómo el tiempo y el espacio se entrelazan en un estado cuántico, y cómo los actores-vórtices interpretan sus papeles sin un solo movimiento superfluo.
El efecto de "salto" de los anillos de vórtice se observó por primera vez en el siglo XIX: dos anillos de humo lanzados uno tras otro se atraviesan alternadamente, intercambiando sus posiciones. Ahora esta danza se ha reproducido en un procesador cuántico.
En la novela de Liu Cixin "El problema de los tres cuerpos", los extraterrestres utilizan estructuras de vórtices para controlar el clima. La simulación cuántica de vórtices es un paso hacia la comprensión de escenarios hidrodinámicos tan extremos.