Hvad er en kvantealgoritme?
En kvantealgoritme er et sæt computerinstruktioner til analyse af problemer, der ikke er baseret på klassiske matematiske eller probabilistiske beregninger, men i stedet bruger den unikke natur af kvantevirkelighed, hvor en enkelt bit data kan repræsentere to modsatte værdier, såsom både en og et nul i binær logik. I den strengeste forstand kræver en kvantealgoritme, at en kvantecomputer fungerer, som ikke findes i nogen fremstillet form fra 2011. Teoretisk computervidenskab har dog i det mindste skabt analoger til ægte kvantealgoritmeberegning fra 2011 med eksempler på sådanne som Deutsch, Shor og Grover algoritmer.
Deutsch-kvantealgoritmen blev opfundet i 1985 og opkaldt efter den israelsk-britiske fysiker David Deutsch, der arbejder ved Oxford University i England. Tysks algoritme, ligesom de fleste sæt af computerinstruktioner i kvantecomputering, værdsættes for deres evne til at fungere som en slags genvej til behandlingsproblemer og derfor problemløsning på mikrochip-niveau. Ved standard probabilistisk beregning skal alle mulige tilstande til løsninger på problemer gives en fordelingsværdi, og der udføres beregninger på dem alle for at bestemme, hvilket respons eller værdi der har den største sandsynlighed for at være korrekt. Ved kvanteberegning ved hjælp af Deutsch-algoritmen kombineres enhver mulig løsningstilstand til det, der er kendt som en enhedsvektor, der bevæger sig hen imod en bestemt type løsning eller tilstandstransformation. Dette bygger på et princip kendt som kvantesuperposition, der anvendes til matematik, hvor der forventes løsninger på problemer i alle mulige tilstande samtidig, hvilket i det væsentlige eliminerer behovet for langvarig sandsynlig logisk behandling.
Shor og Grover kvantealgoritmer fungerer på lignende måde, men er designet til specifikke typer computerbehandling. Shor-algoritmen bruges til matematisk factoring, og Grover-algoritmen til at søge efter meningsfulde data i enten edb-lister eller databaser, der mangler en definerbar struktur. Selvom begge algoritmer køres på klassiske computersystemer, der udfører standardtyper af behandling, er deres design blevet vist at være langt bedre end klassiske sandsynlighedsbaserede algoritmer til de samme typer opgaver. Shors algoritme er eksponentielt hurtigere, og Grovers er kvadratisk hurtigere eller af en kvadratværdi hurtigere end standard beregningsmetodik. Shor-kvantealgoritmen er opkaldt efter Peter Shor, en amerikansk professor i matematik, der udviklede den i 1994, og Grover-kvantealgoritmen er opkaldt efter Lov Grover, en indisk-amerikansk computerforsker, der udviklede den i 1996.
Et af de unikke aspekter ved kvanteberegning er, at beregninger ikke er baseret på diskrete værdier, der vilkårligt kan adskilles, men i stedet eksisterer i en tilstand af kvanteforvikling. Standardværdierne i en beregning indtaster en superpositionstilstand, hvor de alle manipuleres eksponentielt som amplituder eller værdiområder, og hver bit eller qubit af information siges at være sammenfiltret med hinanden. Dette gør hvert datapunkt indbyrdes afhængigt og ikke en diskret værdi som i traditionel computing, hvilket er grundlaget for, hvordan kvantealgoritmer kan være så meget hurtigere ved behandling af data end traditionelle algoritmer er.