La simulation de la chimie quantique est l'une des applications les plus meurtrières des ordinateurs quantiques. Dans les années récentes, Google, IBM et d'autres sociétés informatiques ont conçu des qubits supraconducteurs de plus en plus performants dans le but de simuler des structures moléculaires. Au début, l'algorithme d'estimation de phase quantique a été considéré pour obtenir les énergies de l'état fondamental des molécules. Cependant, l'évolutivité d'un tel algorithme quantique est trop exigeante pour la technologie quantique actuelle. Une méthode alternative est le "solveur propre variationnel, " qui peut être appliqué pour construire une version unitaire de l'ansatz à clusters couplés, résoudre l'un des obstacles majeurs de la chimie quantique classique. Cependant, les solveurs propres variationnels ne peuvent fournir qu'un moyen d'obtenir la structure électronique des molécules. Pour une comparaison avec les données expérimentales, les ordinateurs quantiques devraient être capables de prédire les spectres des molécules.

Récemment, une équipe dirigée par le professeur Man-Hong Yung à SUSTech et le professeur Luyan Sun à l'Université de Tsinghua a effectué une démonstration expérimentale de preuve de principe sur la façon dont les dispositifs supraconducteurs peuvent simuler les spectres vibroniques des molécules. Le simulateur supraconducteur est construit par un système d'électrodynamique quantique (QED) à circuit tridimensionnel, dans lequel un qubit transmon est couplé à des cavités 3-D. Deux états quantiques du qubit jouent les rôles d'états électronique fondamental et excité d'une molécule, et les modes électromagnétiques quantifiés supportés par la cavité sont employés pour modéliser les vibrations de la molécule. Les fonctions de corrélation temporelle peuvent être obtenues directement avec le simulateur supraconducteur. De plus, la force de couplage électronique-vibronique, caractérisé par le paramètre de Huang-Rhys, peut être ajusté pour une large gamme de valeurs pour simuler différentes molécules.

Par ailleurs, le simulateur peut obtenir les spectres des états d'équilibre et de non-équilibre, qui peuvent dépasser la capacité des ordinateurs classiques lorsqu'ils sont mis à l'échelle. À l'avenir, lorsque ces simulateurs individuels sont connectés, des réactions chimiques complexes peuvent être étudiées et prédites avec ces dispositifs supraconducteurs, qui indique une direction où la « suprématie quantique » peut être atteinte pour des applications pratiques.