Un algoritm cuantic este un set de instrucțiuni computerizate pentru analizarea problemelor care nu se bazează pe calcule matematice sau probabilistice clasice, ci utilizează în schimb natura unică a realității cuantice în care un singur bit de date poate reprezenta două valori opuse, precum una și un zero în logica binară. În sensul cel mai strict, un algoritm cuantic necesită un computer cuantic pentru a funcționa, care nu există sub nicio formă fabricată din 2011. Cu toate acestea, informatica teoretică a creat cel puțin analogi cu calculul cu algoritm cuantic adevărat din 2011, cu exemple precum precum algoritmii Deutsch, Shor și Grover.
Algoritmul cuantic Deutsch a fost inventat în 1985 și a fost numit după fizicianul israeliano-britanic David Deutsch, care lucrează la Universitatea Oxford din Marea Britanie. Algoritmul lui Deutsch, la fel ca majoritatea seturilor de instrucțiuni de calculator în calculul cuantic, sunt apreciați pentru capacitatea lor de a acționa ca un fel de scurtătură către probleme de procesare și, prin urmare, pentru rezolvarea problemelor la nivel de microcip. În calculul probabilistic standard, tuturor stărilor posibile pentru soluții la probleme trebuie să li se atribuie o valoare de distribuție și se efectuează calcule pe toate pentru a determina care răspuns sau valoare are cea mai mare probabilitate de a fi corect. În calculul cuantic folosind algoritmul Deutsch, fiecare stare de soluție posibilă este combinată în ceea ce este cunoscut ca un vector unitar care se deplasează către un anumit tip de soluție sau transformare de stare. Aceasta se bazează pe un principiu cunoscut sub numele de suprapunere cuantică, aplicat matematicii, în care se așteaptă să existe soluții la probleme în toate stările posibile simultan, eliminând în esență nevoia unei procesări logice probabilistice îndelungate.
Algoritmii cuantici Shor și Grover acționează în mod similar, dar sunt proiectați pentru tipuri specifice de procesare computerizată. Algoritmul Shor este folosit pentru factorizarea matematică, iar algoritmul Grover pentru căutarea datelor semnificative fie în liste computerizate, fie în baze de date cărora le lipsește o structură definibilă. Deși ambii algoritmi sunt rulați pe sisteme computerizate clasice care efectuează tipuri standard de procesare, s-a demonstrat că proiectarea lor este cu mult superioară algoritmilor clasici bazați pe probabilități pentru aceleași tipuri de sarcini. Algoritmul lui Shor este exponențial mai rapid și cel al lui Grover este pătratic mai rapid, sau cu o valoare pătrată mai rapid decât metodologia de calcul standard. Algoritmul cuantic Shor poartă numele lui Peter Shor, un profesor american de matematică care l-a dezvoltat în 1994, iar algoritmul cuantic Grover poartă numele lui Lov Grover, un informatician indian-american care l-a dezvoltat în 1996.
Unul dintre aspectele unice ale calculului cuantic este că calculele nu se bazează pe valori discrete care pot fi separate în mod arbitrar, ci există în schimb într-o stare de întricare cuantică. Valorile standard dintr-un calcul intră într-o stare de suprapunere în care toate sunt manipulate exponențial ca amplitudini sau intervale de valoare și se spune că fiecare bit sau qubit de informații este încurcat unul cu celălalt. Acest lucru face ca fiecare punct de date să fie interdependent și nu o valoare discretă ca în calculul tradițional, care este fundamentul modului în care algoritmii cuantici pot fi mult mai rapizi la procesarea datelor decât algoritmii tradiționali.