量子模拟（quantum simulation）

量子模拟的意思是，用一个你能掌控的量子系统去模仿另一个你想弄明白的量子系统。化学和材料科学难就难在：电子遵循量子力学，而描述众多电子共同行为的数学，在普通计算机上会快得离谱地膨胀——每多加一个粒子，需要追踪的可能性数目大致就翻一倍。理查德·费曼在1980年代初提出了这样一个想法：大自然本来就在免费地做这套账，所以如果你造出一台可控的量子装置，让它的各个部件遵循与你那个分子相同的量子规则，你就能让物理来挑这副重担，最后只需把结果测出来。与其把它想成一台计算器，不如把它想成一座风洞：你不是从头去计算气流，而是造一个小巧、可控的替身，看它如何表现。

它有两种类型。在模拟式（analog）模拟中，你调节一台装置（比如关在激光晶格里的冷原子），让它的天然行为直接对应你关心的那个系统。在数字式（digital）模拟中，你把目标系统的演化拆解成通用量子计算机上的一连串量子门。无论哪种方式，都要面对同样诚实的限制：你只能读出测量结果，每个结果出现的概率由玻恩定则（Born rule）给定，而且你通常得把实验重复许多次，才能拼出一幅有用的图像。量子模拟被广泛视为量子硬件在近期最靠得住的回报，正是因为这台装置说的与问题本身是同一种语言；但在如今这些充满噪声的机器上，它在很大程度上仍是一件研究工具，而不是一款成熟的产品。