A computação quântica na descoberta de moléculas começa a demonstrar aplicações científicas concretas. Uma equipa internacional de investigadores liderada pela IBM criou e caracterizou uma molécula com uma estrutura eletrónica nunca antes observada, utilizando hardware quântico para compreender o seu comportamento ao nível dos eletrões.

O estudo, publicado na revista científica Science, descreve a primeira observação experimental de uma molécula com topologia eletrónica half-Möbius, uma configuração em que os eletrões percorrem a estrutura molecular num movimento helicoidal semelhante a um saca-rolhas. A investigação envolveu cientistas da University of Manchester, University of Oxford, ETH Zurich, EPFL e University of Regensburg.

Segundo Alessandro Curioni, IBM Fellow e diretor do IBM Research Zurich, o processo seguiu três etapas fundamentais: conceber teoricamente a molécula, sintetizá-la em laboratório e validar as suas propriedades com recurso a um computador quântico. “Este é um avanço rumo ao sonho descrito há décadas pelo físico Richard Feynman de construir um computador capaz de simular a física quântica”, afirmou.

Uma molécula que desafia a simulação clássica

A molécula criada, com a fórmula C₁₃Cl₂, foi montada átomo a átomo a partir de um precursor desenvolvido na University of Oxford, recorrendo a manipulação individual de átomos sob condições de ultra-alto vácuo e temperaturas próximas do zero absoluto.

Experiências de microscopia de efeito de túnel e microscopia de força atómica permitiram observar a estrutura molecular, revelando uma configuração eletrónica inédita. Nesta estrutura, os eletrões executam uma rotação de 90 graus em cada circuito, necessitando de quatro voltas completas para regressar ao estado inicial.

Compreender este comportamento exigiu um tipo de simulação difícil de alcançar com computadores convencionais. As interações entre eletrões aumentam exponencialmente a complexidade dos cálculos, tornando a modelação extremamente exigente para sistemas clássicos.

Supercomputação híbrida e novas possibilidades científicas

Para ultrapassar esse desafio, os investigadores utilizaram um fluxo de supercomputação centrado em quântica, combinando unidades de processamento quântico (QPU) com CPUs e GPUs tradicionais. Este modelo permite dividir problemas complexos entre diferentes tipos de hardware, explorando as vantagens específicas de cada arquitetura computacional.

De acordo com os investigadores, a simulação quântica permitiu identificar orbitais moleculares helicoidais associadas à topologia half-Möbius e compreender o mecanismo físico responsável pela sua formação.

O trabalho reforça a ideia de que os computadores quânticos podem desempenhar um papel crescente na investigação científica, sobretudo em áreas onde a modelação clássica encontra limitações.

O potencial da computação quântica para novos materiais

Embora ainda longe de aplicações industriais imediatas, a capacidade de simular sistemas moleculares complexos é considerada uma das promessas mais relevantes da computação quântica. O domínio destas técnicas poderá acelerar a descoberta de novos materiais, melhorar o desenvolvimento de fármacos e permitir o design de estruturas moleculares com propriedades específicas.

A investigação agora publicada demonstra que os computadores quânticos começam a ultrapassar a fase experimental e a contribuir diretamente para a produção de conhecimento científico, abrindo novas possibilidades para explorar a matéria à escala fundamental.