Молекулярный компьютер ускоряет поиск в несортированных данных

Хотя универсальный квантовый компьютер всё ещё остаётся делом будущего, специализированные квантовые системы, которые решают определённые задачи быстрее, чем классический компьютер, уже заняли важное место в научных исследованиях.

Для того, чтобы надёжно найти некий элемент в неструктурированных данных (они характерны, например, для социальных сетей), традиционный компьютер должен последовательно перебрать все элементы массива — самый невыгодный в вычислительном отношении сценарий. Квантовая система, которая использует поисковый алгоритм Гровера, может обеспечить квадратичное ускорение поиска.

Добиться успеха в реализации этого удалось коллективу Технологического Института Карлсруэ (KIT) вместе с учёными из Института Нееля в Гренобле (Франция). Под руководством профессоров Вольфганга Вернсдорфера (Wolfgang Wernsdorfer) и Марио Рубена (Mario Ruben) они применили алгоритм Гровера к молекулярному магниту, который микроволнами вводили в состояние суперпозиции (квантовый эффект, при котором частица одновременно находится в нескольких энергетических состояниях).

После выполнения квантовых операций, результаты считывались одномолекулярным транзистором, который состоял из атома элемента тербия с выраженным магнитным моментом (спином), окружённого органическими молекулами для экранирования от внешних воздействий.

Пригодность созданной системы для быстрого поиска элементов в несортированных данных авторы продемонстрировали на примере простой базы данных, состоящей всего из четырёх элементов. Манипуляции с квантовыми состояниями осуществлялись при низких температурах исключительно электрическим полем. По мнению профессора Вернсдорфера это упростит интеграцию новой технологии в современных электронных устройствах.

Профессор Рубен также отметил, что этот метод можно перенести на любую квантовую систему с многими не равноотстоящими энергетическими уровнями, что открывает путь к универсальному квантовому алгоритму поиска.

Результаты исследования представлены в журнале Physical Review Letters.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365