La simulazione della chimica quantistica è una delle applicazioni killer dei computer quantistici. Negli ultimi anni, Google, IBM e altre società IT hanno progettato qubit superconduttori sempre più buoni allo scopo di simulare strutture molecolari. All'inizio, l'algoritmo di stima della fase quantistica è stato considerato per ottenere le energie dello stato fondamentale delle molecole. Però, la scalabilità di un tale algoritmo quantistico è troppo impegnativa per l'attuale tecnologia quantistica. Un metodo alternativo è il "autosolver variazionale, " che può essere applicato per costruire una versione unitaria dell'ansatz a cluster accoppiati, risolvere uno dei maggiori ostacoli della chimica quantistica classica. Però, gli autosolventi variazionali possono solo fornire un mezzo per ottenere la struttura elettronica delle molecole. Per un confronto con i dati sperimentali, i computer quantistici dovrebbero essere in grado di prevedere gli spettri delle molecole.

Recentemente, un team guidato dal Prof. Man-Hong Yung della SUSTech e dal Prof. Luyan Sun della Tsinghua University ha eseguito una dimostrazione sperimentale di prova di principio su come i dispositivi superconduttori possono simulare gli spettri vibronici delle molecole. Il simulatore superconduttore è costruito da un sistema di elettrodinamica quantistica a circuito tridimensionale (QED), in cui un qubit transmon è accoppiato a cavità 3-D. Due stati quantistici del qubit svolgono i ruoli degli stati elettronici di base e degli stati eccitati di una molecola, ei modi elettromagnetici quantizzati supportati dalla cavità sono impiegati per modellare le vibrazioni della molecola. Le funzioni di correlazione temporale possono essere ottenute direttamente con il simulatore superconduttore. Inoltre, la forza di accoppiamento elettronico-vibronico, caratterizzato dal parametro di Huang-Rhys, può essere regolato per un'ampia gamma di valori per simulare diverse molecole.

Per di più, il simulatore può ottenere gli spettri degli stati di equilibrio e di non equilibrio, che può andare oltre la capacità dei computer classici quando viene scalato. Nel futuro, quando questi singoli simulatori sono collegati, reazioni chimiche complesse possono essere studiate e previste con questi dispositivi superconduttori, che indica una direzione in cui la "supremazia quantistica" può essere raggiunta per applicazioni pratiche.