由IBM、曼彻斯特大学、牛津大学、苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）、洛桑联邦理工学院（EPFL）和雷根斯堡大学组成的国际科研团队报告称，他们合成并表征了一种此前未见的分子，其电子在分子结构中沿类似螺旋的路径运动，从而改变分子的化学行为。研究成果已发表在《科学》杂志上。

研究人员表示，这是首次在单一分子中实验观察到“半莫比乌斯（half-Möbius）”电子拓扑结构。按团队说法，此类拓扑结构的分子此前未被合成、观察或正式预测。

团队指出，要理解该分子在电子结构层面的表现，需要借助高保真度的量子计算模拟。研究同时被视为对化学与量子计算两方面的推进：在化学层面，结果显示电子拓扑——决定电子如何穿越分子的性质——在特定条件下可被有意设计；在量子计算层面，相关量子模拟被用于在分子尺度上直接呈现量子力学行为，以获得传统方法难以取得的洞见。

IBM研究院苏黎世分院院士、欧洲及非洲副总裁兼主管Alessandro Curioni在论文中表示，团队先设计了一个认为可制造的分子，随后完成合成，并使用量子计算机对该分子及其特性进行验证。他同时提及，这项工作与理查德·费曼提出的“用计算机最佳模拟量子物理”的设想相呼应。

论文合著者、曼彻斯特大学计算与理论化学讲师Igor Rončević表示，化学与固态物理长期通过引入新的可控自由度来推动材料与器件性质的调控；在其表述中，团队的工作显示“拓扑”也可作为一种可切换的自由度。

在计算层面，Rončević指出，该分子的非平凡拓扑结构与相关系统的异常行为源自电子间相互作用，而这类问题对经典计算机模拟具有挑战性。他表示，十年前可精确模拟16个电子，如今最多可达18个；借助IBM量子计算机，团队探索了32个电子的情形。

研究团队披露，该分子分子式为C13Cl2，由IBM基于牛津大学合成的定制前体逐原子组装完成。实验在超高真空、接近绝对零度的条件下进行，并通过精确校准的电压脉冲逐个移除原子以构建目标结构。

团队结合IBM开创的扫描隧道显微镜（STM）与原子力显微镜技术，并配合量子计算，观测到一种不同于既有化学记录的电子构型：电子结构每绕行一圈发生90度扭转，需要四圈才能回到起始相位。研究人员称，这种半莫比乌斯拓扑结构可在顺时针扭转、逆时针扭转以及未扭转状态之间实现可逆切换。

在对机理的确认上，团队表示，经典计算在处理C13Cl2中深度纠缠的电子相互作用时会面临计算量指数增长的问题。研究人员进一步介绍，量子计算机遵循与电子相同的量子力学规律，能够更直接地表示相关系统。基于IBM量子计算机的模拟，团队识别出电子附着的螺旋分子轨道，并将其视为半莫比乌斯拓扑的“指纹”；模拟还帮助揭示该异常拓扑形成与“螺旋伪扬-泰勒效应（helical pseudo-Jahn-Teller effect）”有关。

研究还提及IBM在纳米尺度科学工具方面的积累：扫描隧道显微镜由IBM于1981年发明，相关工作曾获得1986年诺贝尔奖；1989年IBM科学家开发了首个可靠的单原子操控方法。团队表示，相关技术在过去几十年持续扩展，使得构建并控制更复杂的分子结构成为可能。