در این گروه از تکنیک‌های شبیه‌سازی محاسباتی مبتنی بر اصول بنیادی کوانتمی برای محاسبه خواص ساختاری، مکانیکی، الکترونی، مغناطیسی و اپتیکی مواد استفاده می‌شود. این گونه شبیه‌سازی‌ها در واقع یک آزمایشگاه مجازی در اختیار پژوهشگران قرار می‌دهد تا بتوانند بدون نیاز به فرآیندهای پرهزینه تولید و آنالیز، یک ماده پیشرفته را در شرایط مختلف بررسی کنند. یکی از چالش‌های مطرح در اغلب فناوری‌های راهبردی نظیر صنایع اپتیک، فناوری‌های کوانتمی و صنایع فولاد، مهندسی و بهبود خواص مواد پیشرفته در جهت افزایش کارایی و کیفیت محصولات است. با توجه به این که مهندسی مواد پیشرفته نیاز به ادوات گرانقیمت سنتز و آنالیز دارد، شبیه‌سازی محاسباتی می‌تواند جایگزین مناسبی برای انجام بخش‌های مهمی از فرآیند تحقیق و توسعه باشد. این گونه شبیه‌سازی‌ها این فرصت طلایی را در اختیار پژوهشگران قرار می‌دهد تا فارغ از هزینه‌های سنگین آزمایشگاهی، ایده‌های گوناگون را در مورد مواد پیشرفته بررسی کنند و پس از دستیابی به شرایط مطلوب، اقدام به تولید واقعی ماده بنمایند. در سال‌های اخیر، استفاده از فناوری هوش مصنوعی را نیز برای افزایش سرعت و دقت شبیه‌سازی‌ها در گروه شروع کرده‌ایم.
