Simulatie van kwantumchemie is een van de dodelijke toepassingen van kwantumcomputers. In recente jaren, Google, IBM en andere IT-bedrijven hebben steeds betere supergeleidende qubits ontwikkeld om moleculaire structuren te simuleren. In het begin, het kwantumfase-schattingsalgoritme werd overwogen voor het verkrijgen van de grondtoestand-energieën van moleculen. Echter, de schaalbaarheid van zo'n kwantumalgoritme is te veeleisend voor de huidige kwantumtechnologie. Een alternatieve methode is de "variationele eigensolver, " die kan worden toegepast om een ​​unitaire versie van de gekoppelde-cluster ansatz te construeren, het oplossen van een van de belangrijkste obstakels in de klassieke kwantumchemie. Echter, variatie-eigensolvers kunnen alleen een middel zijn om de elektronische structuur van moleculen te verkrijgen. Voor een vergelijking met de experimentele gegevens, kwantumcomputers zouden de spectra van de moleculen moeten kunnen voorspellen.

Onlangs, een team onder leiding van prof. Man-Hong Yung van SUSTech en prof. Luyan Sun van Tsinghua University heeft een proof-of-principle experimentele demonstratie uitgevoerd over hoe supergeleidende apparaten de vibronische spectra van moleculen kunnen simuleren. De supergeleidende simulator is geconstrueerd door een driedimensionaal circuit kwantumelektrodynamica (QED) systeem, waarin een transmon-qubit is gekoppeld aan 3D-holtes. Twee kwantumtoestanden van de qubit spelen de rol van de elektronische grond en de aangeslagen toestanden van een molecuul, en de gekwantiseerde elektromagnetische modi ondersteund door de holte worden gebruikt om de trillingen van het molecuul te modelleren. De temporele correlatiefuncties kunnen direct worden verkregen met de supergeleidende simulator. Bovendien, de elektronisch-vibronische koppelingssterkte, gekenmerkt door de Huang-Rhys-parameter, kan worden aangepast voor een breed scala aan waarden om verschillende moleculen te simuleren.

Verder, de simulator kan de spectra van zowel evenwichts- als niet-evenwichtstoestanden verkrijgen, die bij schaalvergroting de capaciteit van klassieke computers kan overstijgen. In de toekomst, wanneer deze individuele simulatoren zijn aangesloten, complexe chemische reacties kunnen worden bestudeerd en voorspeld met deze supergeleidende apparaten, wat wijst op een richting waarin "kwantum suprematie" kan worden bereikt voor praktische toepassingen.