Kvanteberegning med molekyler for en hurtigere søgning i usorterede databaser

Scrapbøger eller sociale netværk er samlinger af for det meste usorterede data. Søgen efter enkelte elementer i meget store datamængder, dvs. for nålen i datahøstakken, er ekstremt kompleks for klassiske computere. Forskere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har nu kvantemekanisk implementeret og med succes udført Glovers algoritme, en proces til hurtig at finde et søgeelement i usorterede databaser. Deres resultater er rapporteret i Fysisk gennemgangsbreve .

En universel kvantecomputer er stadig en vision. Særlige kvantesystemer, der lover at løse visse opgaver hurtigere end en klassisk computer, imidlertid, spiller allerede en vigtig rolle i videnskaben. For pålideligt at finde et bestemt element i usorterede data, en konventionel computer skal køre gennem alle søgeelementer successivt i det mest ugunstige tilfælde. Et kvantesystem med en implementeret Grovers søgealgoritme accelererer søgningen kvadratisk.

Forskerhold ledet af professorerne Wolfgang Wernsdorfer og Mario Ruben fra KIT, sammen med videnskabsmænd fra Institut Néel (Grenoble), er lykkedes med at gøre dette:Forskerne anvendte Grovers algoritme på en molekylær magnet og, dermed, skabte et kvantesystem, hvis opgave er hurtig at finde søgeelementer i usorterede data.

I deres seneste forskningsprojekt, de demonstrerede gennemførligheden af ​​en hurtig søgning efter en lille database med fire elementer. "Men denne metode kan implementeres i ethvert kvantesystem med mange, ikke-ækvidistante energiniveauer, som åbner vejen mod en universel kvantesøgningsalgoritme, " siger professor Ruben.

Forskerne implementerede Grovers algoritme i en molekylær magnet, der blev udsat for superposition med specialdesignede mikrobølger. Superposition er en kvanteeffekt, hvor en partikel indtager forskellige tilstande på samme tid. Ved udførelse af kvanteoperationerne, en enkelt-molekyle transistor læste søgeresultaterne op. En animation illustrerer denne proces.

Wolfgang Wernsdorfer, Professor ved KIT's Physikalisches Institut og Institute of Nanotechnology (INT), understreger, at kvantetilstandene blev manipuleret ved meget lave temperaturer udelukkende ved hjælp af elektriske felter. "Det er derfor, vi håber, at denne teknologi kan integreres i nuværende elektroniske enheder, " tilføjer Wernsdorfer.

Den tilpassede molekyletransistor blev syntetiseret af Mario Rubens team ved INT og KIT's Institute for Inorganic Chemistry. I dens centrum, et terbiumatom med et udtalt magnetisk moment, et spin, er placeret. Terbium er omgivet af organiske molekyler, der beskytter det mod ydre påvirkninger.