Vid utveckling av nya material eller läkemedelssubstanser är det en stor fördel att kunna beräkna deras egenskaper. Men att simulera sådana stora kvantmekaniska system är en svår beräkningsuppgift. Lösningen kan vara att använda ett annat, mer kontrollerbart kvantsystem.
Att simulera stora kvantsystem är en svår uppgift till och med för dagens superdatorer. En svårighet är att mängden datorminne som behövs för att lagra ett kvanttillstånd växer exponentiellt med storleken på det kvantmekaniska systemet.
1982 fick den berömde fysikern Richard Feynman en idé om hur man skulle övervinna svårigheterna: Ett kontrollerbart kvantsystem kunde användas för att studera ett annat, mindre kontrollerbart eller mindre tillgängligt kvantsystem. Detta kallas kvantsimulering.
Kvantsimulering skulle kunna implementeras med hjälp av kvantdatorer (så kallad digital simulering), men också med enklare enheter, så kallade analoga simulatorer, som är lättare att konstruera. Analoga simulatorer är speciellt utformade för att simulera ett visst system eller en viss process och har därför ett begränsat användningsområde, medan kvantdatorer kan programmeras för att ta sig an många typer av problem.
Under de senaste åren har området kvantsimulering utvecklats snabbt och det finns nu ett antal olika plattformar där kvantsystem – till exempel neutrala atomer, joner, supraledande kretsar, kärnspinn och fotoner – experimentellt kan undersökas för kvantsimulering.
Förutom att hjälpa till att identifiera nya material och läkemedelssubstanser, skulle kvantsimulering till exempel kunna lösa ruttplanerings- och schemaläggningsproblem och även vara mycket användbar för att främja forskningen inom många områden inom fysik, kvantkemi och kosmologi.
Bland de mest avancerade exemplen på kvantsimulering hittills är att lösa ett optimeringsproblem som på engelska kallas "maximal independent set" på en 289-kvantbitars kvantsimulator baserad på Rydbergatomer, simulering av flerkroppsdynamik på en kvantsimulator baserad på 51 atomer och simulering av den kritiska dynamiken associerad med kvantfasövergångar på en Rydberg-atomsimulator.