Algoritme kuantum adalah seperangkat instruksi komputer untuk menganalisis masalah yang tidak didasarkan pada perhitungan matematis klasik atau probabilistik, melainkan menggunakan sifat unik dari realitas kuantum di mana satu bit data dapat mewakili dua nilai yang berlawanan, seperti nilai satu dan nol dalam logika biner. Dalam arti yang paling sempit, algoritme kuantum membutuhkan komputer kuantum untuk berfungsi, yang tidak ada dalam bentuk produksi apa pun pada 2011. Ilmu komputer teoretis, bagaimanapun, setidaknya telah membuat analog dengan komputasi algoritme kuantum sejati pada 2011, dengan contoh-contoh seperti seperti algoritma Deutsch, Shor, dan Grover.
Algoritma kuantum Deutsch ditemukan pada tahun 1985 dan dinamai menurut fisikawan Israel-Inggris David Deutsch yang bekerja di Universitas Oxford di Inggris. Algoritma Deutsch, seperti kebanyakan set instruksi komputer dalam komputasi kuantum, dihargai karena kemampuannya untuk bertindak sebagai semacam jalan pintas untuk memproses masalah dan, oleh karena itu, pemecahan masalah di tingkat microchip. Dalam komputasi probabilistik standar, semua keadaan yang mungkin untuk solusi masalah harus diberikan nilai distribusi dan perhitungan dilakukan pada semuanya untuk menentukan respons atau nilai mana yang memiliki probabilitas tertinggi untuk benar. Dalam komputasi kuantum menggunakan algoritma Deutsch, setiap keadaan solusi yang mungkin digabungkan menjadi apa yang dikenal sebagai vektor satuan yang bergerak menuju jenis solusi atau transformasi keadaan tertentu. Ini bergantung pada prinsip yang dikenal sebagai superposisi kuantum seperti yang diterapkan pada matematika, di mana solusi untuk masalah diharapkan ada di semua keadaan yang mungkin secara bersamaan, pada dasarnya menghilangkan kebutuhan untuk pemrosesan logika probabilistik yang panjang.
Algoritme kuantum Shor dan Grover bekerja dengan cara yang sama, tetapi dirancang untuk jenis pemrosesan komputer tertentu. Algoritme Shor digunakan untuk pemfaktoran matematis, dan algoritme Grover untuk mencari data yang bermakna baik dalam daftar terkomputerisasi atau basis data yang tidak memiliki struktur yang dapat ditentukan. Meskipun kedua algoritme dijalankan pada sistem komputer klasik yang melakukan jenis pemrosesan standar, desain mereka telah terbukti jauh lebih unggul daripada algoritme berbasis probabilitas klasik untuk jenis tugas yang sama. Algoritma Shor secara eksponensial lebih cepat dan algoritma Grover secara kuadrat lebih cepat, atau dengan nilai kuadrat lebih cepat daripada metodologi komputasi standar. Algoritma kuantum Shor dinamai Peter Shor, seorang profesor matematika Amerika yang mengembangkannya pada tahun 1994, dan algoritma kuantum Grover dinamai Lov Grover, seorang ilmuwan komputer India-Amerika yang mengembangkannya pada tahun 1996.
Salah satu aspek unik dari komputasi kuantum adalah bahwa perhitungan tidak didasarkan pada nilai-nilai diskrit yang dapat dipisahkan secara sewenang-wenang, melainkan ada dalam keadaan belitan kuantum. Nilai standar dalam perhitungan memasuki keadaan superposisi di mana semuanya dimanipulasi secara eksponensial sebagai amplitudo atau rentang nilai dan setiap bit atau qubit informasi dikatakan terjerat satu sama lain. Hal ini membuat setiap titik data saling bergantung dan bukan nilai diskrit seperti dalam komputasi tradisional, yang merupakan dasar bagaimana algoritma kuantum bisa jauh lebih cepat dalam memproses data daripada algoritma tradisional.