Una molecola mai osservata in natura, progettata e validata grazie al calcolo quantistico, segna un punto di svolta nella ricerca scientifica contemporanea. Il risultato, pubblicato il 5 marzo 2026 sulla rivista Science da un team internazionale guidato da IBM insieme a università europee, introduce per la prima volta una configurazione elettronica “half Möbius” in una singola molecola, aprendo scenari inediti per la progettazione della materia.
La molecola, con formula C₁₃Cl₂, presenta una struttura elettronica in cui gli elettroni seguono un percorso elicoidale, ruotando di 90 gradi per ciclo e richiedendo quattro rotazioni complete per tornare allo stato iniziale. Una configurazione che non era mai stata né osservata né formalmente prevista. Questo comportamento, altamente non lineare, rappresenta una rottura rispetto ai modelli classici della chimica, dove la topologia elettronica era considerata un vincolo naturale e non una variabile progettabile.
“Abbiamo progettato una molecola teoricamente realizzabile, l’abbiamo costruita e poi ne abbiamo validato il comportamento utilizzando un computer quantistico”, ha dichiarato Alessandro Curioni di IBM. “È un passo importante verso la visione formulata decenni fa da Richard Feynman: creare un computer in grado di simulare la fisica quantistica. Questo risultato avvicina ulteriormente quel traguardo e apre nuove possibilità per esplorare la materia e i suoi fenomeni più complessi.”
Dal punto di vista sperimentale, la molecola è stata costruita atomo per atomo in condizioni estreme, con temperature prossime allo zero assoluto e in ambienti di ultra alto vuoto. L’utilizzo combinato di microscopia a effetto tunnel e microscopia a forza atomica ha consentito di osservare e verificare una configurazione elettronica completamente nuova, caratterizzata anche da tre stati reversibili distinti: rotazione oraria, antioraria o assenza di rotazione.
Il ruolo decisivo del quantum centric supercomputing
La comprensione del comportamento elettronico della molecola ha evidenziato un limite strutturale dei sistemi di calcolo tradizionali. Le interazioni tra elettroni risultano infatti fortemente entangled, con una complessità che cresce in modo esponenziale: simulare sistemi di questo tipo con computer classici richiede risorse computazionali proibitive.
I computer quantistici, invece, operano secondo le stesse leggi della meccanica quantistica e permettono una rappresentazione diretta di tali fenomeni. Nel caso specifico, i ricercatori sono riusciti a modellare fino a 32 elettroni simultaneamente, rispetto ai 16-18 gestibili fino a pochi anni fa con metodi convenzionali. Un progresso che equivale a un aumento superiore al 70% della capacità di simulazione esatta.
Il paradigma del quantum centric supercomputing, che integra quantum processing unit, CPU e GPU, consente di scomporre problemi complessi e assegnare ciascuna parte all’architettura più efficiente. Questo approccio ha reso possibile identificare orbitali molecolari elicoidali e spiegare il comportamento osservato attraverso un effetto pseudo-Jahn-Teller, finora impossibile da modellare con precisione.
Secondo i ricercatori, questa evoluzione non rappresenta solo un progresso teorico, ma una svolta operativa. La possibilità di progettare la topologia elettronica introduce un nuovo grado di libertà nella chimica dei materiali, con potenziali applicazioni nella spintronica, nello sviluppo di semiconduttori avanzati e nei sistemi di accumulo energetico.
Impatti su energia, materiali e sostenibilità
Le implicazioni economiche e ambientali della scoperta sono significative. La progettazione controllata delle proprietà elettroniche potrebbe accelerare lo sviluppo di materiali più efficienti per la transizione energetica, inclusi catalizzatori per la produzione di idrogeno verde, batterie ad alta densità energetica e dispositivi fotovoltaici di nuova generazione.
In un contesto globale in cui oltre l’80% della nuova capacità elettrica installata proviene già da fonti rinnovabili, la capacità di ottimizzare i materiali a livello molecolare rappresenta un vantaggio competitivo strategico. Secondo stime del settore, miglioramenti anche solo del 5-10% nell’efficienza dei materiali energetici possono tradursi in risparmi miliardari su scala industriale.
La scoperta conferma inoltre il ruolo crescente del calcolo quantistico come infrastruttura abilitante per la transizione ecologica. Non più solo strumento sperimentale, ma piattaforma capace di ridurre tempi e costi della ricerca, accelerando l’innovazione in ambiti critici come la chimica verde e l’economia circolare. Una trasformazione che ridefinisce il confine tra scienza teorica e applicazione industriale, aprendo una nuova fase nella competizione globale per l’innovazione sostenibile.
In copertina: immagine IBM