En kvantalgoritm är en uppsättning datorinstruktioner för att analysera problem som inte är baserade på klassiska matematiska eller probabilistiska beräkningar, utan istället använder den unika karaktären hos kvantverkligheten där en enskild databit kan representera två motsatta värden, som både ett och ett. en nolla i binär logik. I strikta mening kräver en kvantalgoritm en kvantdator för att fungera, vilket inte existerar i någon tillverkad form från och med 2011. Teoretisk datavetenskap har dock åtminstone skapat analoger till äkta kvantalgoritmberäkning från och med 2011, med exempel som t.ex. som Deutsch, Shor och Grover-algoritmerna.
Deutsch kvantalgoritm uppfanns 1985 och uppkallad efter den israelisk-brittiske fysikern David Deutsch som arbetar vid Oxford University i Storbritannien. Deutschs algoritm, liksom de flesta uppsättningar av datorinstruktioner inom kvantberäkning, värderas för sin förmåga att fungera som en sorts genväg till bearbetning av problem och därför problemlösning på mikrochipnivå. I standard probabilistisk beräkning måste alla möjliga tillstånd för lösningar på problem ges ett fördelningsvärde och beräkningar utförs på dem alla för att avgöra vilket svar eller värde som har störst sannolikhet att vara korrekt. I kvantberäkningar med hjälp av Deutsch-algoritmen kombineras alla möjliga lösningstillstånd till vad som kallas en enhetsvektor som rör sig mot en specifik typ av lösning eller tillståndstransformation. Detta förlitar sig på en princip känd som kvantöverlagring som tillämpas på matematik, där lösningar på problem förväntas existera i alla möjliga tillstånd samtidigt, vilket i huvudsak eliminerar behovet av långvarig probabilistisk logikbehandling.
Shor och Grover kvantalgoritmer fungerar på liknande sätt, men är designade för specifika typer av datorbehandling. Shor-algoritmen används för matematisk faktorisering och Grover-algoritmen för att söka efter meningsfull data i antingen datoriserade listor eller databaser som saknar en definierbar struktur. Även om båda algoritmerna körs på klassiska datorsystem som gör standardtyper av bearbetning, har deras design visat sig vara mycket överlägsen klassiska sannolikhetsbaserade algoritmer för samma typer av uppgifter. Shors algoritm är exponentiellt snabbare och Grovers är kvadratiskt snabbare, eller av ett kvadratiskt värde snabbare än standardberäkningsmetodik. Shor-kvantalgoritmen är uppkallad efter Peter Shor, en amerikansk professor i matematik som utvecklade den 1994, och Grover-kvantalgoritmen är uppkallad efter Lov Grover, en indisk-amerikansk datavetare som utvecklade den 1996.
En av de unika aspekterna av kvantberäkning är att beräkningar inte är baserade på diskreta värden som kan separeras godtyckligt, utan i stället existerar i ett tillstånd av kvanttrassling. Standardvärdena i en beräkning går in i ett superpositionstillstånd där de alla manipuleras exponentiellt som amplituder eller värdeområden och varje bit eller kvantbit av information sägs vara intrasslad med varandra. Detta gör varje datapunkt beroende av varandra och inte ett diskret värde som i traditionell beräkning, vilket är grunden för hur kvantalgoritmer kan vara så mycket snabbare på att bearbeta data än vad traditionella algoritmer är.