Quantum computing in molecular magnets

量子纠缠 量子计算机 叠加原理 计算机科学 量子 物理 自旋(空气动力学) 量子力学 热力学
作者
Michael N. Leuenberger,Daniel Loss
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:410 (6830): 789-793 被引量:2801
标识
DOI:10.1038/35071024
摘要

Shor and Grover demonstrated that a quantum computer can outperform any classical computer in factoring numbers1 and in searching a database2 by exploiting the parallelism of quantum mechanics. Whereas Shor's algorithm requires both superposition and entanglement of a many-particle system3, the superposition of single-particle quantum states is sufficient for Grover's algorithm4. Recently, the latter has been successfully implemented5 using Rydberg atoms. Here we propose an implementation of Grover's algorithm that uses molecular magnets6,7,8,9,10, which are solid-state systems with a large spin; their spin eigenstates make them natural candidates for single-particle systems. We show theoretically that molecular magnets can be used to build dense and efficient memory devices based on the Grover algorithm. In particular, one single crystal can serve as a storage unit of a dynamic random access memory device. Fast electron spin resonance pulses can be used to decode and read out stored numbers of up to 105, with access times as short as 10-10 seconds. We show that our proposal should be feasible using the molecular magnets Fe8 and Mn12.
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