Un algoritmo cuántico es un conjunto de instrucciones informáticas para analizar problemas que no se basa en cálculos matemáticos o probabilísticos clásicos, sino que utiliza la naturaleza única de la realidad cuántica donde un solo bit de datos puede representar dos valores opuestos, como uno y otro. un cero en lógica binaria. En el sentido más estricto, un algoritmo cuántico requiere una computadora cuántica para funcionar, que no existe en ninguna forma fabricada en 2011. La informática teórica, sin embargo, al menos ha creado análogos a la computación del algoritmo cuántico verdadero a partir de 2011, con ejemplos como como los algoritmos Deutsch, Shor y Grover.
El algoritmo cuántico Deutsch se inventó en 1985 y lleva el nombre del físico israelí-británico 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 de computadora en la computación cuántica, se valora por su capacidad para actuar como una especie de atajo para procesar problemas y, por lo tanto, resolver problemas a nivel de microchip. En la computación probabilística estándar, todos los estados posibles para la solución de problemas deben recibir un valor de distribución y se realizan cálculos en todos ellos para determinar qué respuesta o valor tiene la mayor probabilidad de ser correcto. En la computación cuántica que utiliza 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 aplicado a las matemáticas, donde se espera que existan soluciones a los problemas en todos los estados posibles simultáneamente, eliminando esencialmente la necesidad de un procesamiento lógico probabilístico prolongado.
Los algoritmos cuánticos de Shor y Grover actúan de manera similar, pero están diseñados para tipos específicos de procesamiento informático. El algoritmo Shor se utiliza para la factorización matemática y 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 estándar de procesamiento, se ha demostrado que su diseño es muy superior a los algoritmos clásicos basados en probabilidades 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 al cuadrado más rápido que la metodología de computación estándar. El algoritmo cuántico de 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 entrelazamiento cuántico. Los valores estándar en un cálculo entran en un estado de superposición en el que todos se manipulan exponencialmente como amplitudes o rangos de valor y se dice que cada bit o qubit de información está entrelazado entre sí. Esto hace que cada punto de datos sea interdependiente y no un valor discreto como en la computación tradicional, que es la base de cómo los algoritmos cuánticos pueden ser mucho más rápidos en el procesamiento de datos que los algoritmos tradicionales.