模拟研究是一个大家并不陌生的研究手段。例如侦探在推理案发现场时，往往会采用近似的替代物来尝试复现当时的经过，因为不可能让真实的原人物重演。又如科学家研发飞行器时，会在风洞实验室里人工产生并控制气流，用来模拟飞行器的运行，因为如果研究真实飞行器，一旦坠毁则成本代价太高。模拟研究使得这些不可能或者太难办的问题变得可能。

量子模拟同样具有这样的目标。20世纪以来，人们认识到世界不能只用经典力学来解释。小到凝聚态物理中的电子运动的特性，微生物体中的能量传输，大到宇宙中的黑体辐射，都不能忽略量子效应。这些从微观到宏观的自然万物，直接观测往往非常困难，如果采用经典计算机进行模拟分析也并不乐观，例如计算多体量子系统，需要消耗指数级的资源，模拟50个自旋粒子组成的多体系统需要计算量高达250量级，让现代最先进的超算望而生畏。1980年初，诺贝尔物理学奖得主理查德•费曼（Richard Feynman）提出，是不是可以用一个人工构建的量子系统去模拟自然界中的量子系统呢，这样一来只需要多项式级的计算资源了，使研究原本不可控或者难以实现的量子系统变得可能。

费曼提出这个量子模拟（Quantum Simulation）的思想，并在几年后他类比经典计算机基于逻辑门的数字电路，提出通用量子计算机量子线路的构建。不过，量子模拟既可以采用这种将量子系统编码到量子线路的数字（Digital）型方式，也可以采用初始提出的直接用一个现成可控的量子系统去类比待模拟的量子系统的类比（Analog）型方式。……