A simulação da química quântica é uma das aplicações matadoras dos computadores quânticos. Nos últimos anos, Google, A IBM e outras empresas de TI têm desenvolvido qubits supercondutores cada vez mais bons com o objetivo de simular estruturas moleculares. No início, o algoritmo de estimativa de fase quântica foi considerado para a obtenção das energias do estado fundamental das moléculas. Contudo, a escalabilidade de tal algoritmo quântico é muito exigente para a tecnologia quântica atual. Um método alternativo é o "eigensolver variacional, "que pode ser aplicado para construir uma versão unitária do ansatz de agrupamento acoplado, resolver um dos maiores obstáculos da química quântica clássica. Contudo, eigensolvers variacionais podem apenas fornecer um meio de obter a estrutura eletrônica das moléculas. Para uma comparação com os dados experimentais, os computadores quânticos devem ser capazes de prever os espectros das moléculas.

Recentemente, uma equipe liderada pelo Prof. Man-Hong Yung na SUSTech e pelo Prof. Luyan Sun na Universidade de Tsinghua realizou uma demonstração experimental de prova de princípio sobre como dispositivos supercondutores podem simular o espectro vibrônico de moléculas. O simulador supercondutor é construído por um sistema de eletrodinâmica quântica de circuito tridimensional (QED), em que um qubit transmon é acoplado a cavidades 3-D. Dois estados quânticos do qubit desempenham os papéis do solo eletrônico e dos estados excitados de uma molécula, e os modos eletromagnéticos quantizados suportados pela cavidade são empregados para modelar as vibrações da molécula. As funções de correlação temporal podem ser obtidas diretamente com o simulador supercondutor. Além disso, a força de acoplamento eletrônico-vibrônico, caracterizado pelo parâmetro Huang-Rhys, pode ser ajustado para uma ampla gama de valores para simular moléculas diferentes.

Além disso, o simulador pode obter os espectros de ambos os estados de equilíbrio e não equilíbrio, que pode ir além da capacidade dos computadores clássicos quando ampliados. No futuro, quando esses simuladores individuais estão conectados, reações químicas complexas podem ser estudadas e previstas com esses dispositivos supercondutores, que aponta para uma direção onde a "supremacia quântica" pode ser alcançada para aplicações práticas.