Co to jest algorytm kwantowy?
Algorytm kwantowy to zestaw instrukcji komputerowych do analizy problemów, który nie jest oparty na klasycznych obliczeniach matematycznych lub probabilistycznych, ale wykorzystuje unikalną naturę kwantowej rzeczywistości, w której pojedynczy bit danych może reprezentować dwie przeciwstawne wartości, takie jak jedna i zero w logice binarnej. W najściślejszym sensie algorytm kwantowy wymaga komputera kwantowego, który nie istnieje w żadnej wyprodukowanej formie od 2011 r. Informatyka teoretyczna stworzyła jednak przynajmniej analogie do obliczeń prawdziwego algorytmu kwantowego od 2011 r., Na przykładach takich jako algorytmy Deutsch, Shor i Grover.
Algorytm kwantowy Deutsch został wynaleziony w 1985 roku i nazwany na cześć izraelsko-brytyjskiego fizyka Davida Deutscha, który pracuje na Oxford University w Wielkiej Brytanii. Algorytm Deutscha, podobnie jak większość zestawów instrukcji komputerowych w obliczeniach kwantowych, jest ceniony za ich zdolność do działania jako rodzaj skrótu do problemów przetwarzania, a zatem rozwiązywania problemów na poziomie mikroczipów. W standardowym obliczeniu probabilistycznym wszystkim możliwym stanom rozwiązań problemów należy nadać wartość rozkładu, a na wszystkich z nich przeprowadza się obliczenia w celu ustalenia, która odpowiedź lub wartość ma największe prawdopodobieństwo bycia poprawnym. W obliczeniach kwantowych przy użyciu algorytmu Deutscha każdy możliwy stan rozwiązania jest łączony w tak zwany wektor jednostkowy, który zmierza w kierunku określonego rodzaju rozwiązania lub transformacji stanu. Opiera się to na zasadzie znanej jako superpozycja kwantowa stosowana w matematyce, w której oczekuje się, że rozwiązania problemów będą istnieć jednocześnie we wszystkich możliwych stanach, zasadniczo eliminując potrzebę długotrwałego przetwarzania logiki probabilistycznej.
Algorytmy kwantowe Shor i Grover działają w podobny sposób, ale są przeznaczone do określonych rodzajów przetwarzania komputerowego. Algorytm Shora służy do faktoringu matematycznego, a algorytm Grovera do wyszukiwania znaczących danych na komputerowych listach lub bazach danych, które nie mają określonej struktury. Chociaż oba algorytmy działają w klasycznych systemach komputerowych, które wykonują standardowe typy przetwarzania, ich konstrukcja okazała się znacznie lepsza niż klasyczne algorytmy oparte na prawdopodobieństwie dla tych samych rodzajów zadań. Algorytm Shora jest wykładniczo szybszy, a algorytm Grovera jest kwadratowo szybszy lub o kwadratowej wartości szybszy niż standardowa metodologia obliczeniowa. Algorytm kwantowy Shor został nazwany na cześć Petera Shora, amerykańskiego profesora matematyki, który opracował go w 1994 r., A algorytm kwantowy Grovera pochodzi od Lov Grover, indyjsko-amerykańskiego informatyka, który opracował go w 1996 r.
Jednym z unikalnych aspektów obliczeń kwantowych jest to, że obliczenia nie są oparte na dyskretnych wartościach, które można dowolnie oddzielić, ale zamiast tego istnieją w stanie splątania kwantowego. Standardowe wartości w obliczeniach wchodzą w stan superpozycji, w którym wszystkie są manipulowane wykładniczo jako amplitudy lub zakresy wartości, a każdy bit lub kubit informacji jest splątany ze sobą. To sprawia, że każdy punkt danych jest współzależny, a nie dyskretna, jak w tradycyjnych obliczeniach, co jest podstawą tego, jak algorytmy kwantowe mogą przetwarzać dane znacznie szybciej niż tradycyjne algorytmy.