อัลกอริทึมควอนตัมคืออะไร?

อัลกอริทึมควอนตัมเป็นชุดของคำแนะนำคอมพิวเตอร์สำหรับการวิเคราะห์ปัญหาที่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับการคำนวณทางคณิตศาสตร์แบบคลาสสิกหรือความน่าจะเป็น แต่แทนที่จะใช้ธรรมชาติที่เป็นเอกลักษณ์ของความเป็นจริงควอนตัมที่ข้อมูลบิตเดียวสามารถแสดงค่าที่เป็นปฏิปักษ์ได้สองค่าเช่นทั้งคู่หนึ่งและเป็นศูนย์ในตรรกะไบนารีในความหมายที่เข้มงวดอัลกอริทึมควอนตัมต้องการคอมพิวเตอร์ควอนตัมในการทำงานซึ่งไม่มีอยู่ในรูปแบบที่ผลิตใด ๆ ณ ปี 2011 วิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎีอย่างไรก็ตามอย่างน้อยก็สร้างอะนาล็อกไปยังการคำนวณอัลกอริทึมควอนตัมที่แท้จริงในปี 2554ในฐานะอัลกอริทึม Deutsch, Shor และ Grover.

อัลกอริทึมควอนตัม Deutsch ถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1985 และตั้งชื่อตาม David Deutsch นักฟิสิกส์ชาวอิสราเอลชาวอิสราเอลที่ทำงานที่ Oxford University ในสหราชอาณาจักรอัลกอริทึม Deutschs เช่นเดียวกับชุดคำแนะนำคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่ในการคำนวณควอนตัมมีมูลค่าสำหรับความสามารถในการทำหน้าที่เป็นทางลัดในการประมวลผลปัญหาและดังนั้นการแก้ปัญหาในระดับไมโครชิปในการคำนวณความน่าจะเป็นมาตรฐานสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหมดสำหรับการแก้ปัญหาจะต้องได้รับค่าการกระจายและการคำนวณจะดำเนินการในทั้งหมดของพวกเขาเพื่อกำหนดว่าการตอบสนองหรือค่าใดมีความน่าจะเป็นสูงสุดของการถูกต้องในการคำนวณควอนตัมโดยใช้อัลกอริทึม Deutsch ทุกสถานะการแก้ปัญหาที่เป็นไปได้จะรวมอยู่ในสิ่งที่เรียกว่าเวกเตอร์หน่วยที่เคลื่อนไปสู่ประเภทของการแก้ปัญหาหรือการแปลงสถานะเฉพาะสิ่งนี้ขึ้นอยู่กับหลักการที่เรียกว่าการซ้อนทับควอนตัมที่ใช้กับคณิตศาสตร์ซึ่งคาดว่าจะมีการแก้ปัญหาในทุกรัฐที่เป็นไปได้พร้อมกันโดยไม่จำเป็นต้องใช้การประมวลผลตรรกะความน่าจะเป็นที่ยาวนานแต่ได้รับการออกแบบสำหรับการประมวลผลคอมพิวเตอร์ประเภทเฉพาะอัลกอริทึม SHOR ใช้สำหรับแฟคตอริ่งทางคณิตศาสตร์และอัลกอริทึม Grover สำหรับการค้นหาข้อมูลที่มีความหมายในรายการคอมพิวเตอร์หรือฐานข้อมูลที่ขาดโครงสร้างที่กำหนดได้แม้ว่าอัลกอริทึมทั้งสองจะทำงานบนระบบคอมพิวเตอร์คลาสสิกที่ทำประเภทการประมวลผลมาตรฐาน แต่การออกแบบของพวกเขาได้รับการแสดงให้เห็นว่าดีกว่าอัลกอริทึมที่ใช้ความน่าจะเป็นแบบคลาสสิกสำหรับงานประเภทเดียวกันอัลกอริทึม Shors นั้นเร็วขึ้นแบบทวีคูณและ Grovers เร็วขึ้นเป็นสี่เท่าหรือค่ากำลังสองเร็วกว่าวิธีการคำนวณมาตรฐานอัลกอริทึมควอนตัม Shor ได้รับการตั้งชื่อตาม Peter Shor ศาสตราจารย์ชาวอเมริกันของคณิตศาสตร์ที่พัฒนาขึ้นในปี 1994 และอัลกอริทึมควอนตัมโกรเวอร์ได้รับการตั้งชื่อตาม Lov Grover นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์อินเดีย-อเมริกันที่พัฒนาขึ้นในปี 1996แง่มุมของการคำนวณควอนตัมคือการคำนวณไม่ได้ขึ้นอยู่กับค่าที่ไม่ต่อเนื่องที่สามารถแยกออกจากกันโดยพลการ แต่มีอยู่ในสถานะของการพัวพันควอนตัมค่ามาตรฐานในการคำนวณจะป้อนสถานะของการซ้อนทับซึ่งพวกเขาทั้งหมดถูกจัดการแบบทวีคูณเป็นแอมพลิจูดหรือช่วงของมูลค่าและแต่ละบิตหรือ QUBT ของข้อมูลถูกกล่าวว่าจะเข้าไปพัวพันกับกันและกันสิ่งนี้ทำให้แต่ละจุดข้อมูลพึ่งพาซึ่งกันและกันและไม่ใช่ค่าที่ไม่ต่อเนื่องเช่นเดียวกับในการคำนวณแบบดั้งเดิมซึ่งเป็นรากฐานของวิธีการที่อัลกอริทึมควอนตัมสามารถเร็วขึ้นในการประมวลผลข้อมูลมากกว่าอัลกอริทึมแบบดั้งเดิม