Hva er en kvantealgoritme?

En kvantealgoritme er et sett med datamaskininstruksjoner for å analysere problemer som ikke er basert på klassiske matematiske eller sannsynlighetsberegninger, men i stedet bruker den unike naturen til kvantevirkelighet der en enkelt bit av data kan representere to motstridende verdier, for eksempel både en og en null i binær logikk. I strengeste forstand krever en kvantealgoritme at en kvantecomputer skal fungere, som ikke eksisterer i noen produsert form fra og med 2011. Teoretisk informatikk har imidlertid i det minste skapt analoger til ekte kvantealgoritmberegning fra og med 2011, med eksempler på slike som Deutsch, Shor og Grover algoritmer.

Deutsch-kvantealgoritmen ble oppfunnet i 1985 og oppkalt etter den israelsk-britiske fysikeren David Deutsch som jobber ved Oxford University i Storbritannia. Tysks algoritme, som de fleste sett med datamaskininstruksjoner i kvanteberegning, verdsettes for sin evne til å fungere som en slags snarvei til prosesseringsproblemer og derfor problemløsing på mikrobrikke-nivå. Ved standard sannsynlighetsberegning må alle mulige tilstander for løsninger på problemer gis en fordelingsverdi og beregninger blir utført på alle av dem for å bestemme hvilken respons eller verdi som har størst sannsynlighet for å være riktig. Ved kvanteberegning ved bruk av Deutsch-algoritmen, kombineres alle mulige løsningsstatus til det som er kjent som en enhetsvektor som beveger seg mot en bestemt type løsning eller tilstandstransformasjon. Dette er avhengig av et prinsipp kjent som kvantesuperposisjon anvendt i matematikk, hvor det forventes at løsninger på problemer vil eksistere i alle mulige tilstander samtidig, og i det vesentlige eliminerer behovet for lang sannsynlig logisk prosessering.

Shor og Grover kvantealgoritmer fungerer på lignende måte, men er designet for spesifikke typer datamaskinbehandling. Shor-algoritmen brukes til matematisk factoring, og Grover-algoritmen for å søke etter meningsfylte data i enten datastyrte lister eller databaser som mangler en definerbar struktur. Selv om begge algoritmer kjøres på klassiske datasystemer som utfører standard typer behandling, har designen deres vist seg å være langt overlegen klassiske sannsynlighetsbaserte algoritmer for de samme oppgavene. Shors algoritme er eksponentielt raskere og Grovers er kvadratisk raskere, eller av en kvadratverdi raskere enn standard beregningsmetodikk. Shor-kvantealgoritmen er oppkalt etter Peter Shor, en amerikansk professor i matematikk som utviklet den i 1994, og Grover-kvantealgoritmen er oppkalt etter Lov Grover, en indisk-amerikansk dataforsker som utviklet den i 1996.

Et av de unike aspektene ved kvanteberegning er at beregninger ikke er basert på diskrete verdier som vilkårlig kan skilles ut, men i stedet eksisterer i en tilstand av kvanteforvikling. Standardverdiene i en beregning angir en superposisjonstilstand der de alle blir eksponert manipulert som amplituder eller verdiområder og hver bit eller qubit av informasjon sies å være sammenfiltret med hverandre. Dette gjør at hvert datapunkt er avhengig av hverandre og ikke en diskret verdi som i tradisjonell databehandling, som er grunnlaget for hvordan kvantealgoritmer kan være så mye raskere ved prosessering av data enn tradisjonelle algoritmer er.