Une équipe internationale de scientifiques, incluant des chercheurs d'IBM, de l'Université de Manchester, de l'Université d'Oxford, de l'ETH Zurich, de l'EPFL et de l'Université de Ratisbonne, a réussi à créer et à caractériser une molécule totalement inédite. Présentant une structure électronique où les électrons se déplacent selon un motif en spirale, ce composé modifie fondamentalement son comportement chimique. Il s'agit de la première observation expérimentale d'une topologie électronique dite « demi-Möbius » au sein d'une molécule unique. À la connaissance des chercheurs, une telle entité n'avait jamais été synthétisée, observée, ni même formellement prédite auparavant. Pour comprendre ce phénomène, une simulation sur un ordinateur quantique à haute fidélité a été nécessaire, marquant une étape majeure pour la chimie et l'informatique quantique. D'un point de vue chimique, cette découverte prouve que la topologie électronique, qui régit le mouvement des électrons, peut être délibérément conçue plutôt que simplement découverte dans la nature. Sur le plan technologique, cela constitue une démonstration concrète de la puissance de simulation quantique : elle permet de modéliser directement le comportement mécanique quantique à l'échelle moléculaire, offrant des insights scientifiques inaccessibles aux méthodes classiques. Alessandro Curioni, IBM Fellow et Directeur de la recherche à Zurich, souligne l'importance de cette réalisation en la reliant à la vision de Richard Feynman : construire des ordinateurs capables de simuler parfaitement la physique quantique. Dr. Igor Rončević de l'Université de Manchester ajoute que, tout comme le spin électronique a révolutionné le stockage de données dans les années 2000, la topologie offre désormais un nouveau degré de liberté commutable pour contrôler les propriétés des matériaux. La synthèse de cette molécule, de formule C13Cl2, s'est déroulée atome par atome sur une plateforme IBM. Utilisant un procédé de fabrication sous vide ultra-poussé à des températures proches du zéro absolu, les chercheurs ont manipulé les atomes avec des impulsions de voltage précis. Des techniques de microscopie à effet tunnel et à force atomique, toutes deux développées à l'origine chez IBM, ont permis de révéler une structure électronique unique : une configuration effectuant une torsion de 90 degrés à chaque tour, nécessitant quatre boucles complètes pour revenir à la phase initiale. Cette topologie peut être inversée de manière réversible entre des états torsadés dans le sens horaire, antihoraire, ou non torsadé. La difficulté majeure résidait dans la complexité des interactions entre les électrons de ce composé, qui s'influencent mutuellement de manière intriquée. Les ordinateurs classiques peinent à modéliser un tel système, la complexité calculatoire croissant de manière exponentielle. Les ordinateurs quantiques, quant à eux, utilisent des qubits qui obéissent aux mêmes lois physiques que les électrons, leur permettant de représenter ces systèmes naturellement sans approximation. Grâce à cette technologie, l'équipe a pu explorer un système de 32 électrons, dépassant largement les limites actuelles du calcul classique qui plafonne autour de 18 électrons. Cette réussite s'inscrit dans l'héritage de longue date d'IBM en nanoscience, depuis l'invention du microscope à effet tunnel en 1981 jusqu'aux premières manipulations d'atomes individuels en 1989. En intégrant des unités de traitement quantique dans des workflows de supercalculateurs, cette recherche ouvre la voie à de nouvelles façons d'explorer la matière et valide l'approche du « quantum-centric supercomputing », où l'architecture hybride permet de résoudre des problèmes complexes que aucune méthode de calcul isolée ne saurait affronter seule.