Groot zoeken, ongeordende databases voor een gewenst item is een tijdrovende taak voor klassieke computers, maar van kwantumcomputers wordt verwacht dat ze deze zoekopdrachten veel sneller uitvoeren. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat het zoekalgoritme van Grover, voorgesteld in 1996, is een optimaal kwantumzoekalgoritme, wat betekent dat geen enkel ander kwantumalgoritme sneller kan zoeken. Echter, het implementeren van Grover's algoritme op een kwantumsysteem was een uitdaging.

Nu in een nieuwe studie, onderzoekers hebben Grover's algoritme geïmplementeerd met ingesloten atomaire ionen. Het algoritme gebruikt drie qubits, wat overeenkomt met een database van 8 (2 ³ ) artikelen. Wanneer gebruikt om de database te doorzoeken op een of twee items, De kans op succes van het Grover-algoritme was - zoals verwacht - aanzienlijk hoger dan de beste theoretische kans op succes voor klassieke computers.

De onderzoekers, Caroline Figgatt et al., aan de Universiteit van Maryland en de National Science Foundation, hebben een paper over hun resultaten gepubliceerd in een recent nummer van Natuurcommunicatie .

"Dit werk is de eerste implementatie van een 3-qubit Grover-zoekalgoritme in een schaalbaar kwantumcomputersysteem, " vertelde Figgatt Phys.org . "Aanvullend, dit is de eerste implementatie van het algoritme met behulp van Booleaanse orakels, die direct kan worden vergeleken met een klassieke zoekopdracht."

De klassieke benadering voor het doorzoeken van een database is eenvoudig. In principe, het algoritme raadt willekeurig een item, of 'oplossing'. Dus, bijvoorbeeld, voor een enkele zoekopdracht in een database van 8 items, een klassiek algoritme maakt één willekeurige zoekopdracht en, als dat niet lukt, het maakt een tweede willekeurige gok - in totaal, 2 van de 8 items raden, resulterend in een slagingspercentage van 25%.

Grover's algoritme, anderzijds, initialiseert eerst het systeem in een kwantumsuperpositie van alle 8 toestanden, en gebruikt vervolgens een kwantumfunctie, een orakel genaamd, om de juiste oplossing te markeren. Als gevolg van deze kwantumstrategieën, voor een enkele zoekopdracht in een database met 8 items, het theoretische slagingspercentage stijgt tot 78%. Met een hoger slagingspercentage komen snellere zoektijden, omdat er gemiddeld minder vragen nodig zijn om tot het juiste antwoord te komen.

Bij de implementatie van het hier gerapporteerde algoritme van Grover, het slagingspercentage was lager dan de theoretische waarde - ongeveer 39% of 44%, afhankelijk van het gebruikte orakel, maar nog steeds aanzienlijk hoger dan het klassieke slagingspercentage.

De onderzoekers testten het algoritme van Grover ook op databases met twee correcte oplossingen, in dat geval zijn de theoretische slagingspercentages 47% en 100% voor klassieke en kwantumcomputers, respectievelijk. De hier gedemonstreerde implementatie behaalde succespercentages van 68% en 75% voor de twee orakeltypen - nogmaals, beter dan de hoogste theoretische waarde voor klassieke computers.

De onderzoekers verwachten dat in de toekomst, deze implementatie van Grover's algoritme kan worden opgeschaald naar grotere databases. Naarmate de database groter wordt, het kwantumvoordeel ten opzichte van klassieke computers wordt nog groter, dat is waar toekomstige toepassingen van zullen profiteren.

"Vooruit gaan, we zijn van plan door te gaan met het ontwikkelen van systemen met verbeterde controle over meer qubits, ' zei Figgatt.

© 2018 Fys.org