¿Qué es un algoritmo cuántico?

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

El algoritmo cuántico Deutsch se inventó en 1985 y llevó el nombre del físico israelí, 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 informáticas en la computación cuántica, se valoran por su ABIlity para actuar como una especie de atajo a los problemas de procesamiento y, por lo tanto, la resolución de 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 los cálculos se llevan a cabo en todos ellos para determinar qué respuesta o valor tiene la mayor probabilidad de ser correcto. En la computación cuántica utilizando el algoritmo Deutsch, cada estado de solución posible 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 aplicada a las matemáticas, donde se espera que existan soluciones a problemas en todos los estados posibles simultáneamente, eliminando esencialmente la necesidad de un largo procesamiento lógico probabilístico.

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Los algoritmos cuánticos Shor y Grover actúan de manera similar, pero están diseñados para tipos específicos de procesamiento de computadora. El algoritmo Shor se usa para el factorización matemática, uny 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 cuadrado más rápido que la metodología de computación 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 de 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 enredo cuántico. Los valores estándar en un cálculo ingresan 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 está enredado entre sí. Esto hace que cada punto de datos sea interdependiente y no sea 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.