Inovasi Chip Kuantum Mengatasi Hambatan Utama di Bidang

Fisikawan kuantum di Universitas Kopenhagen telah membuat lompatan besar ke depan dalam bidang teknologi kuantum, mengatasi hambatan utama. Tim tersebut secara bersamaan mengoperasikan beberapa qubit spin pada chip kuantum yang sama, yang akan membantu memimpin ke superkomputer.

Salah satu hambatan utama untuk mencapai komputer kuantum besar adalah kontrol banyak perangkat memori dasar, atau qubit, secara bersamaan. Ketika satu qubit dikontrol, biasanya ada efek negatif oleh pulsa kontrol simultan yang diterapkan pada qubit lain.

Tim yang mengatasi tantangan ini termasuk pasangan fisikawan kuantum di Institut Niels Bohr Universitas Kopenhagen – mahasiswa PhD dan Postdoc Frederico Fedele, dan Asisten Profesor Anasua Chatterjee. Kedua orang tersebut bekerja dalam grup Asosiasi Profesor Ferdinand Kuemmeth.

Studi ini diterbitkan dalam jurnal Physical Review X Quantum.

Pendekatan Baru Dengan Spin Qubit

Sementara perusahaan seperti Google (GOOGL ) dan IBM telah fokus pada teknologi superkonduktor untuk prosesor kuantum, grup penelitian lebih memperhatikan qubit semikonduktor, atau spin qubit.

“Secara umum, mereka terdiri dari spin elektron yang terperangkap dalam nanostruktur semikonduktor yang disebut titik kuantum, sehingga keadaan spin individu dapat dikontrol dan terjalin dengan yang lain,” kata Fedele.

Spin qubit dapat mempertahankan keadaan kuantumnya untuk waktu yang lama, yang berpotensi memungkinkan mereka untuk melakukan perhitungan yang lebih cepat dan akurat daripada platform lain. Karena ukurannya yang sangat kecil, banyak dari mereka dapat masuk dalam sebuah chip dibandingkan dengan pendekatan qubit lain. Ini penting mengingat bahwa lebih banyak qubit menghasilkan daya pengolahan komputer yang lebih besar.

Tim penelitian berhasil memfabrikasi dan mengoperasikan empat qubit dalam array 2×2 pada sebuah chip.

Mendapatkan Qubit untuk Berkomunikasi

Menurut Anasua Chatterjee, salah satu tujuan paling penting adalah mendapatkan qubit untuk berkomunikasi dengan yang lain.

“Sekarang kita memiliki beberapa qubit yang cukup baik, nama permainannya adalah menghubungkan mereka dalam sirkuit yang dapat mengoperasikan banyak qubit, sambil juga cukup kompleks untuk dapat memperbaiki kesalahan perhitungan kuantum,” kata Chatterjee. “Sampai sekarang, penelitian pada spin qubit telah mencapai titik di mana sirkuit mengandung array 2×2 atau 3×3 qubit. Masalahnya adalah qubit mereka hanya diatasi satu per satu.”

Sirkuit kuantum yang dikembangkan oleh tim terbuat dari bahan semikonduktor galium arsenida, dan ukurannya tidak lebih besar dari ukuran bakteri.

Chatterjee adalah salah satu dari dua penulis utama studi ini.

“Hal baru dan sangat signifikan tentang chip kami adalah bahwa kami dapat mengoperasikan dan mengukur semua qubit secara bersamaan. Ini belum pernah ditunjukkan sebelumnya dengan spin qubit — atau dengan banyak jenis qubit lain,” kata Chatterjee.

Untuk melakukan perhitungan kuantum, sangat penting untuk mengoperasikan dan mengukur secara bersamaan. Qubit sangat sensitif, dan ketika mereka diukur satu per satu, bahkan kebisingan ambient kecil dapat mengubah informasi kuantum dalam sistem.

“Untuk mendapatkan prosesor kuantum yang lebih kuat, kita harus tidak hanya meningkatkan jumlah qubit, tetapi juga jumlah operasi bersamaan, yang tepatnya apa yang kita lakukan,” kata Profesor Kuemmeth.

Hambatan utama lainnya adalah bahwa 48 elektroda kontrol chip harus disetel secara manual, dan mereka perlu terus dipertahankan. Ini adalah tugas yang memakan waktu bagi manusia, sehingga tim sekarang mencari cara untuk menggunakan algoritma optimasi dan pembelajaran mesin untuk mengotomatisasi proses.