¿Qué es un algoritmo cuántico?

Un algoritmo cuántico es un conjunto de instrucciones de computadora para analizar problemas que no se basa en cálculos matemáticos o probabilísticos clásicos, sino que utiliza la naturaleza única de la realidad cuántica donde un solo bit de datos puede representar dos valores opuestos, como uno y Un cero en la lógica binaria. En el sentido más estricto, un algoritmo cuántico requiere una computadora cuántica para funcionar, que no existe en ninguna forma fabricada a partir de 2011. Sin embargo, la informática teórica ha creado al menos análogos a la computación de algoritmos cuánticos reales a partir de 2011, con ejemplos tales como como los algoritmos Deutsch, Shor y Grover.

El algoritmo cuántico Deutsch fue inventado en 1985 y lleva el nombre del físico israelí-británico David Deutsch que trabaja en la Universidad de Oxford en el Reino Unido. El algoritmo de Deutsch, como la mayoría de los conjuntos de instrucciones de computadora en computación cuántica, se valora por su capacidad de actuar como una especie de atajo para procesar problemas y, por lo tanto, para resolver problemas a nivel de microchip. En la computación probabilística estándar, todos los estados posibles para soluciones a problemas deben tener un valor de distribución y se realizan cálculos en todos ellos para determinar qué respuesta o valor tiene la mayor probabilidad de ser correcta. En la computación cuántica usando el algoritmo Deutsch, cada posible estado de solución se combina en lo que se conoce como un vector unitario que se mueve hacia un tipo específico de solución o transformación de estado. Esto se basa en un principio conocido como superposición cuántica aplicado a las matemáticas, donde se espera que existan soluciones a los problemas en todos los estados posibles simultáneamente, eliminando esencialmente la necesidad de un procesamiento lógico probabilístico prolongado.

Los algoritmos cuánticos Shor y Grover actúan de manera similar, pero están diseñados para tipos específicos de procesamiento por computadora. El algoritmo Shor se usa para la factorización matemática, y el algoritmo Grover para buscar datos significativos en listas computarizadas o bases de datos que carecen de una estructura definible. Aunque ambos algoritmos se ejecutan en sistemas informáticos clásicos que realizan tipos de procesamiento estándar, se ha demostrado que su diseño es muy superior a los algoritmos clásicos basados ​​en la probabilidad para los mismos tipos de tareas. El algoritmo de Shor es exponencialmente más rápido y el de Grover es cuadráticamente más rápido, o de un valor al cuadrado más rápido que la metodología informática estándar. El algoritmo cuántico Shor lleva el nombre de Peter Shor, un profesor estadounidense de matemáticas que lo desarrolló en 1994, y el algoritmo cuántico Grover lleva el nombre de Lov Grover, un científico informático indio-estadounidense que lo desarrolló en 1996.

Uno de los aspectos únicos de la computación cuántica es que los cálculos no se basan en valores discretos que pueden separarse arbitrariamente, sino que existen en un estado de entrelazamiento cuántico. Los valores estándar en un cálculo entran en un estado de superposición donde todos se manipulan exponencialmente como amplitudes o rangos de valor y se dice que cada bit o qubit de información se entrelazan entre sí. Esto hace que cada punto de datos sea interdependiente y no un valor discreto como en la informática tradicional, que es la base de cómo los algoritmos cuánticos pueden ser mucho más rápidos en el procesamiento de datos que los algoritmos tradicionales.