La computación cuántica crea la primera molécula con una topología electrónica de half Möbius

Investigadores de IBM y varias universidades han creado la primera molécula con una topología electrónica de half Möbius, lo que destaca el papel de los ordenadores cuánticos en la exploración del mundo y la materia que lo compone.

Un equipo internacional de científicos de IBM, la Universidad de Manchester, la Universidad de Oxford, ETH Zurich, EPFL y la Universidad de Regensburg han creado y caracterizado una molécula cuyos electrones viajan a través de su estructura en un patrón similar a un sacacorchos que altera fundamentalmente su comportamiento químico.

Se trata de la primera observación experimental de una topología electrónica de half Möbius en una sola molécula, y la investigación se ha publicado este jueves en Science.

El descubrimiento supone un avance científico en dos frentes, como explican desde IBM en una nota de prensa. Para la química, demuestra que la topología electrónica (la propiedad que rige cómo se mueven los electrones a través de una molécula) puede ser diseñada deliberadamente y no simplemente encontrarse en la naturaleza.

Para la computación cuántica, es una demostración concreta de una simulación cuántica, que representa directamente el comportamiento de la mecánica cuántica, a escala molecular, para producir conocimiento científico que, de otro modo, habría permanecido fuera de alcance.

La molécula, con la fórmula C13Cl2, se ensambló átomo por átomo en los laboratorios de IBM a partir de un precursor personalizado sintetizado en la Universidad de Oxford. Para ello, se eliminaron átomos individuales, uno a uno, mediante pulsos de voltaje calibrados con precisión en condiciones de ultraalto vacío y a temperaturas cercanas al cero absoluto.

Los experimentos con microscopía de efecto túnel y de fuerza atómica, ambas técnicas pioneras de IBM, se combinaron con computación cuántica para revelar una configuración electrónica sin precedentes en el registro existente de la química: una estructura electrónica que experimenta un giro de 90 grados en cada circuito, requiriendo cuatro vueltas completas para regresar a la fase inicial.

Desde IBM explican que esta topología de half Möbius es cualitativamente distinta a la de cualquier molécula conocida previamente y puede alternarse de forma reversible entre estados con torsión en el sentido de las agujas del reloj, en el sentido contrario y sin torsión. Esto demuestra que la topología electrónica no es una propiedad por descubrir, sino una que ahora puede ser diseñada deliberadamente en condiciones específicas.