量子计算机应该能更好地模拟量子系统。从理论上讲，它们能够计算各类材料的性质，包括可能的催化剂、药物、太阳能电池和蓄电池。这样的话，我们就不用再做那些费时费力的试探性实验了。使用量子比特的计算机性能将远超普通计算机，然而要实现它，我们还面临重重困难。近几年，量子计算机领域有许多重要的进展。IBM、谷歌和微软是这些进展的主要推动者，一些大学科研团队和国家实验室也有重要贡献。
量子计算技术前途无量，这一点已是业界的共识。传统的计算机以比特作为信息的存储单元。一个比特有两个状态：1或者0。各类复杂的信息，从棋子的位置、蛋白质的结构到猫的图片，都可以转换成一长串比特。量子计算机则是使用量子比特。量子比特可以是1，也可以是0，还可以是介于1和0之间某种状态。这种状态叫做叠加态，是1和0两种状态不可分解的混合。经典计算机并不适用于模拟量子系统。
原因很简单：它们没有足够的空间来存储和操作量子系统所含的信息。量子计算机应该能更好地模拟量子系统。也有人宣称，量子计算机还能充当破解密码的工具。但是这类应用的要求非常苛刻，需要利用数千个量子比特进行精确计算。这个目标距离我们还非常遥远。量子比特尽管性能强大，却很脆弱，且难以操控。在外界环境或其他粒子的干扰下，量子比特存储的信息很容易被打乱。
相比之下，虽然量子模拟器不那么灵活、不允许任意编程，但对于研究量子力学来说，却是更容易实现的替代方案。经典-量子混合计算是另一个有前途的发展方向。经典计算机可以调用一个相对较小的量子“协处理器”来做一些关键的计算。这种协处理器的作用类似于图形处理单元。在大型的通用量子计算机问世之前，这种经典-量子混合策略有可能使专门用于化学和材料科学的量子计算变成现实。