Cercando grande, database non ordinati per un elemento desiderato è un'attività che richiede tempo per i computer classici, ma ci si aspetta che i computer quantistici eseguano queste ricerche molto più rapidamente. Ricerche precedenti hanno dimostrato che l'algoritmo di ricerca di Grover, proposto nel 1996, è un algoritmo di ricerca quantistica ottimale, il che significa che nessun altro algoritmo quantistico può cercare più velocemente. Però, l'implementazione dell'algoritmo di Grover su un sistema quantistico è stata impegnativa.

Ora in un nuovo studio, i ricercatori hanno implementato l'algoritmo di Grover con ioni atomici intrappolati. L'algoritmo utilizza tre qubit, che corrisponde a un database di 8 (2 ³ ) Oggetti. Quando viene utilizzato per cercare nel database uno o due elementi, le probabilità di successo dell'algoritmo di Grover erano, come previsto, significativamente più alte delle migliori probabilità di successo teoriche per i computer classici.

I ricercatori, Caroline Figgatt et al. presso l'Università del Maryland e la National Science Foundation, hanno pubblicato un articolo sui loro risultati in un recente numero di Comunicazioni sulla natura .

"Questo lavoro è la prima implementazione di un algoritmo di ricerca Grover a 3 qubit in un sistema di calcolo quantistico scalabile, " Figgatt ha detto Phys.org . "Inoltre, questa è la prima implementazione dell'algoritmo che utilizza oracoli booleani, che può essere direttamente confrontato con una ricerca classica."

L'approccio classico alla ricerca in un database è semplice. Fondamentalmente, l'algoritmo indovina casualmente un elemento, o "soluzione". Così, Per esempio, per una singola iterazione di ricerca su un database di 8 elementi, un algoritmo classico effettua una query casuale e, se fallisce, fa una seconda ipotesi casuale, in totale, indovinando 2 articoli su 8, con una percentuale di successo del 25%.

Algoritmo di Grover, d'altra parte, prima inizializza il sistema in una sovrapposizione quantistica di tutti gli 8 stati, e quindi usa una funzione quantistica chiamata oracolo per contrassegnare la soluzione corretta. Come risultato di queste strategie quantistiche, per una singola iterazione di ricerca su un database di 8 elementi, il tasso di successo teorico aumenta al 78%. Con un tasso di successo più elevato si ottengono tempi di ricerca più rapidi, poiché in media sono necessarie meno query per arrivare alla risposta corretta.

Nell'implementazione dell'algoritmo di Grover qui riportato, il tasso di successo era inferiore al valore teorico, circa il 39% o il 44%, a seconda dell'oracolo utilizzato, ma ancora nettamente superiore al tasso di successo classico.

I ricercatori hanno anche testato l'algoritmo di Grover su database che hanno due soluzioni corrette, nel qual caso le percentuali di successo teoriche sono del 47% e del 100% per i computer classici e quantistici, rispettivamente. L'implementazione dimostrata qui ha raggiunto tassi di successo del 68% e del 75% per i due tipi di oracoli, di nuovo, migliore del valore teorico più alto per i computer classici.

I ricercatori si aspettano che, nel futuro, questa implementazione dell'algoritmo di Grover può essere scalata fino a database più grandi. All'aumentare delle dimensioni del database, il vantaggio quantistico rispetto ai computer classici diventa ancora più grande, che è dove le applicazioni future beneficeranno.

"Andando avanti, abbiamo in programma di continuare a sviluppare sistemi con un controllo migliorato su più qubit, " ha detto Figgatto.

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