La orquesta cuántica contra la pared

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El agua de un río, al rodear una piedra, cambia su curso: parte de las corrientes se pega a la superficie, parte se desprende y gira río abajo. Una computadora clásica calcula estos flujos dividiendo el líquido en millones de pequeñas porciones y siguiendo a cada una. Una computadora cuántica podría hacer lo mismo, almacenando las probabilidades de todas las porciones a la vez en un solo estado cuántico, pero hasta ahora no sabía describir correctamente lo que ocurre justo en la pared.

Los autores de la Universidad de Pekín propusieron escribir las probabilidades de todas las velocidades posibles de las partículas en todos los nodos de la malla en la diagonal de una matriz de densidad. Esto se parece a la partitura de una orquesta, donde cada fila corresponde a una velocidad y cada columna a un punto del espacio. Entonces, el paso de transporte, cuando las partículas saltan a los nodos vecinos, se convierte en un simple mezclado de filas y columnas que se puede realizar en una computadora cuántica sin pérdida de información.

Para las paredes, introdujeron un paso adicional antes del transporte: si una partícula se dirige hacia la pared, su componente intercambia lugar con la componente reflejada en el punto fronterizo vecino. Después, el transporte habitual devuelve automáticamente la partícula al fluido, y la condición de no deslizamiento se cumple por sí sola. Este truco funciona para paredes de cualquier forma, ya sea un tubo recto, un perfil de ala curvo o las letras en la fachada de un edificio.

El método se probó en tres tipos de flujos. Para el flujo amortiguado en un canal, el error disminuía al aumentar la resolución de la malla. Para el flujo tras un escalón descendente, la longitud de la zona de recirculación difería del cálculo clásico en un 10–17 por ciento según la velocidad del flujo. Para el flujo alrededor de un cilindro, el error fue del 12–17 por ciento. Finalmente, se simuló el flujo alrededor de las letras "PKU" en una malla de más de un millón de nodos, y en los espacios entre las letras aparecieron vórtices, como en el experimento real.

La principal barrera que queda es el llamado paso H, un procedimiento para restaurar la independencia de las partículas tras las colisiones. Requiere repetir todo el esquema muchas veces y podría anular la aceleración cuántica. Los autores planean buscar versiones simplificadas del paso H o formulaciones alternativas sin él. Si lo logran, las computadoras cuánticas podrán calcular el flujo alrededor del ala de un avión o el flujo en un chip microfluídico más rápido que las supercomputadoras clásicas.