量子化学（quantum chemistry）

量子化学要做的，是通过考虑分子中电子的量子力学行为，来预测分子如何表现——它们的能量、形状和反应。电子并不像微缩的行星那样固定在轨道上运行；它们弥散开来、彼此干涉，并相互保持关联，而正是这种关联决定了两个分子是否会成键、键有多强，以及一个反应会释放多少能量。如果你能准确算出一个分子的能量，就能预测许多有用的化学：哪种催化剂能加快反应、哪种材料能做出更好的电池电极、哪种候选药物会与它的靶点结合。

麻烦在于成本。描述相互关联的电子所需的信息量，会随电子数目极快地增长，因此经典计算机不得不采用各种巧妙的近似，而这些近似恰恰在那些困难而有趣的情形下失效——也就是众多电子彼此纠缠拥挤的分子，比如固氮酶（nitrogenase）或过渡金属催化剂。量子计算机在这里之所以吸引人，是因为它的量子比特本身就是量子系统，能更自然地表示这些关联态，而不是去近似它们。人们寄望于它能算出某些经典机器无法触及的分子能量。

不过要当心炒作。这是一个有前景的应用，而不是一个已经解决的问题。今天的机器既嘈杂又小（NISQ 时代），因此当前的工作依赖于像 VQE 这样的混合方法：用量子线路来估计能量，同时由一个经典优化器不断调整它。要在化学上获得有用的量子优势，很可能需要尚不存在的纠错硬件；即便有了，加速也只适用于特定的困难分子——并非适用于全部化学，也不是靠“一次试遍所有构型”。