Vad är en kvantalgoritm?
En kvantealgoritm är en uppsättning datorinstruktioner för att analysera problem som inte är baserade på klassiska matematiska eller probabilistiska beräkningar, utan istället använder den unika naturen hos kvantverklighet där en enda bit data kan representera två motsatta värden, såsom både en och en noll i binär logik. I strikt bemärkelse kräver en kvantealgoritm en kvantdator för att fungera, som inte finns i någon tillverkad form från och med 2011. Teoretisk datavetenskap har dock åtminstone skapat analoger till sann kvantealgoritmberäkning från och med 2011, med exempel på sådana som Deutsch, Shor och Grover algoritmer.
Deutsch-kvantealgoritmen uppfanns 1985 och uppkallades efter den israelisk-brittiska fysikern David Deutsch som arbetar vid Oxford University i Storbritannien. Tysklands algoritm, som de flesta uppsättningar av datorinstruktioner i kvantberäkning, värderas för deras förmåga att fungera som en slags genväg till processproblem och därför problemlösning på mikrochipnivå. Vid standard probabilistisk beräkning måste alla möjliga tillstånd för lösningar på problem ges ett fördelningsvärde och beräkningar utförs på alla för att bestämma vilket svar eller värde som har högst sannolikhet för att vara korrekt. Vid kvantberäkning med hjälp av Deutsch-algoritmen kombineras alla möjliga lösningstillstånd till en så kallad enhetsvektor som rör sig mot en specifik typ av lösning eller tillståndstransformation. Detta förlitar sig på en princip som kallas kvantesuperposition som tillämpas på matematik, där lösningar på problem förväntas finnas i alla möjliga tillstånd samtidigt, vilket väsentligen eliminerar behovet av lång probabilistisk logikbehandling.
Shor- och Grover-kvantealgoritmerna fungerar på liknande sätt, men är utformade för specifika typer av datorbehandling. Shor-algoritmen används för matematisk factoring, och Grover-algoritmen för att söka efter meningsfulla data i antingen datoriserade listor eller databaser som saknar en definierbar struktur. Även om båda algoritmerna körs på klassiska datorsystem som utför standardtyper av bearbetning, har deras design visat sig vara överlägsen klassiska sannolikhetsbaserade algoritmer för samma typer av uppgifter. Shors algoritm är exponentiellt snabbare och Grovers är kvadratiskt snabbare eller med ett kvadratiskt värde snabbare än standardberäkningsmetodik. Shor-kvantealgoritmen är uppkallad efter Peter Shor, en amerikansk professor i matematik som utvecklade den 1994, och Grover-kvantealgoritmen är uppkallad efter Lov Grover, en indisk-amerikansk datavetare som utvecklade den 1996.
En av de unika aspekterna av kvantberäkning är att beräkningar inte bygger på diskreta värden som kan skiljas ut godtyckligt utan i stället finns i ett tillstånd av kvantförvirring. Standardvärdena i en beräkning anger ett superpositionstillstånd där de alla manipuleras exponentiellt som amplituder eller värdesintervall och varje bit eller qubit av information sägs vara sammankopplad med varandra. Detta gör att varje datapunkt är beroende av varandra och inte ett diskret värde som i traditionell beräkning, vilket är grunden till hur kvantealgoritmer kan vara så mycket snabbare vid bearbetning av data än traditionella algoritmer är.