kvantalgoritmer

Kvantalgoritmer är algoritmer som körs på kvantdatorer och utnyttjar kvantfenomen som superposition, entanglement och interferens för att bearbeta information. Till skillnad från klassiska algoritmer kan vissa kvantalgoritmer teoretiskt lösa vissa problem snabbare än bästa kända klassiska metoder, men detta gäller endast för särskilda problem och under antaganden om felkorrigering.

Modellen för kvantberäkning bygger på qubits, unitära operationer och mätningar; beräkningar utförs i kvantkretsar och resultatet avgörs vid mätning.

Kända kvantalgoritmer inkluderar Shors algoritm för primfaktorisering och diskret logaritm, vilken teoretiskt kan bryta många nuvarande kryptosystem; Grovers algoritm för effektiv sökning i oordnad data, som ger kvadratisk hastighetsökning. Andra nyckeltekniker är kvantfasdiagnostik och kvant-Fouriertransformen, som är byggstenar för flera algoritmer och simuleringar.

Användningsområden omfattar kryptografi, simulering av kvantsystem i kemi och materialvetenskap samt optimering och forskning inom maskininlärning. I praktiken befinner sig fältet i NISQ-perioden där störningar och begränsningar i antalet qubits försvårar felkorrigering och skalning. Forskningen fokuserar ofta på hybrida tillvägagångssätt där kvantdelen kombineras med klassisk beräkning, till exempel VQE och QAOA.

Historiskt kom idéerna om kvantberäkning från 1980-talet (Feynman, Deutsch) och kulminerade i Shors och Grovers algoritmer på 1990- och 2000-talet. Idag utvärderas och utvecklas kvantalgoritmer inom akademi och industri, men breda praktiska tillämpningar väntas fortfarande.