O que é um algoritmo quântico?

Um algoritmo quântico é um conjunto de instruções de computador para analisar problemas que não se baseiam em cálculos matemáticos ou probabilísticos clássicos, mas usa a natureza única da realidade quântica, em que um único bit de dados pode representar dois valores opostos, como um e outro. um zero na lógica binária. No sentido mais estrito, um algoritmo quântico exige que um computador quântico funcione, o que não existe em nenhuma forma fabricada a partir de 2011. A ciência da computação teórica, no entanto, pelo menos criou análogos à computação real do algoritmo quântico a partir de 2011, com exemplos como como os algoritmos Deutsch, Shor e Grover.

O algoritmo quântico de Deutsch foi inventado em 1985 e recebeu o nome do físico israelense-britânico David Deutsch, que trabalha na Universidade de Oxford, no Reino Unido. O algoritmo de Deutsch, como a maioria dos conjuntos de instruções de computador em computação quântica, é valorizado por sua capacidade de agir como uma espécie de atalho para processar problemas e, portanto, resolver problemas no nível de microchips. Na computação probabilística padrão, todos os estados possíveis para soluções de problemas devem receber um valor de distribuição e são realizados cálculos em todos eles para determinar qual resposta ou valor tem a maior probabilidade de estar correto. Na computação quântica, usando o algoritmo Deutsch, todo estado possível da solução é combinado ao que é conhecido como vetor unitário que se move em direção a um tipo específico de solução ou transformação de estado. Isso se baseia em um princípio conhecido como superposição quântica aplicada à matemática, na qual se espera que existam soluções para problemas em todos os estados possíveis simultaneamente, eliminando essencialmente a necessidade de um longo processamento lógico probabilístico.

Os algoritmos quânticos Shor e Grover agem de maneira semelhante, mas são projetados para tipos específicos de processamento por computador. O algoritmo Shor é usado para fatoração matemática, e o algoritmo Grover para procurar dados significativos em listas computadorizadas ou bancos de dados que não possuem uma estrutura definível. Embora ambos os algoritmos sejam executados em sistemas de computador clássicos que executam tipos padrão de processamento, seu design demonstrou ser muito superior aos algoritmos clássicos baseados em probabilidade para os mesmos tipos de tarefas. O algoritmo de Shor é exponencialmente mais rápido e o de Grover é quadraticamente mais rápido, ou de um valor ao quadrado mais rápido que a metodologia de computação padrão. O algoritmo quântico Shor tem o nome de Peter Shor, um professor americano de matemática que o desenvolveu em 1994, e o algoritmo quântico de Grover recebeu o nome de Lov Grover, um cientista da computação indiano-americano que o desenvolveu em 1996.

Um dos aspectos únicos da computação quântica é que os cálculos não são baseados em valores discretos que podem ser arbitrariamente separados, mas existem em um estado de emaranhamento quântico. Os valores padrão em um cálculo entram em um estado de superposição, onde todos são manipulados exponencialmente como amplitudes ou faixas de valor e cada bit ou qubit de informação é considerado entrelaçado um com o outro. Isso torna cada ponto de dados interdependente e não um valor discreto, como na computação tradicional, que é a base de como os algoritmos quânticos podem ser muito mais rápidos no processamento de dados do que os algoritmos tradicionais.