量子化學（quantum chemistry）

量子化學要做的，是透過考慮分子中電子的量子力學行為，來預測分子如何表現——它們的能量、形狀與反應。電子並不像微縮的行星那樣固定在軌道上運行；它們瀰散開來、彼此干涉，並相互保持關聯，而正是這種關聯決定了兩個分子是否會成鍵、鍵有多強，以及一個反應會釋放多少能量。如果你能準確算出一個分子的能量，就能預測許多有用的化學：哪種催化劑能加快反應、哪種材料能做出更好的電池電極、哪種候選藥物會與它的標靶結合。

麻煩在於成本。描述相互關聯的電子所需的資訊量，會隨電子數目極快地增長，因此古典電腦不得不採用各種巧妙的近似，而這些近似恰恰在那些困難而有趣的情形下失效——也就是眾多電子彼此糾纏擁擠的分子，比如固氮酶（nitrogenase）或過渡金屬催化劑。量子電腦在這裡之所以吸引人，是因為它的量子位元本身就是量子系統，能更自然地表示這些關聯態，而不是去近似它們。人們寄望於它能算出某些古典機器無法觸及的分子能量。

不過要當心炒作。這是一個有前景的應用，而不是一個已經解決的問題。今天的機器既嘈雜又小（NISQ 時代），因此目前的工作依賴於像 VQE 這樣的混合方法：用量子線路來估計能量，同時由一個古典最佳化器不斷調整它。要在化學上獲得有用的量子優勢，很可能需要尚不存在的糾錯硬體；即便有了，加速也只適用於特定的困難分子——並非適用於全部化學，也不是靠「一次試遍所有組態」。