Chip Kuantum Mendekati Realitas dengan Desain Silikon yang Dapat Diskalakan

Para peneliti Diraq meluncurkan metode fabrikasi bit kuantum skala besar dengan fidelitas tinggi yang layak secara komersial dan dapat merevolusi sektor komputasi. Bukti prinsip ini memanfaatkan proses manufaktur tradisional yang telah digunakan selama beberapa dekade untuk menghasilkan chip komputer kuantum yang andal, berskala besar, dan toleran terhadap kesalahan dengan fidelitas maksimum. Berikut yang perlu Anda ketahui.

Permintaan Komputer Kuantum yang Terjangkau Meningkat

Permintaan akan layanan dan spesialis komputasi kuantum semakin meningkat. Menurut laporan terbaru, laporanPerusahaan-perusahaan telah menghabiskan $2.35 miliar untuk layanan kuantum tahun lalu. Selain itu, sektor ini juga mengalami peningkatan perekrutan yang signifikan, dengan statistik LinkedIn menunjukkan peningkatan 180% dalam jumlah perusahaan yang mencari profesional kuantum antara tahun 2020 dan 2024.

Ada banyak alasan di balik meningkatnya permintaan komputasi kuantum. Salah satunya adalah aplikasi militer. Di seluruh dunia, militer telah menginvestasikan dana yang signifikan dengan harapan mendapatkan keunggulan kompetitif atas pesaing mereka.

Inisiatif Pembandingan Kuantum

Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan Amerika Serikat (DARPA) saat ini menjadi tuan rumah Inisiatif Pembandingan Kuantum. Tujuan proyek ini adalah untuk menentukan apakah chip komputasi kuantum dapat ditingkatkan skalanya dan dibuat lebih tahan lama daripada desainnya saat ini, yang memiliki keadaan kuantum yang rapuh.

Untuk mencapai tujuan ini, 18 perusahaan telah dipilih untuk bersaing satu sama lain guna mencapai skala utilitas dalam sektor komputasi kuantum. Skala utilitas adalah istilah yang merujuk pada kemampuan komputasi kuantum untuk memecahkan masalah yang jauh melampaui superkomputer masa kini.

Tugas ini membutuhkan koreksi kesalahan waktu nyata (real-time) untuk memenuhi persyaratan fidelitas tinggi. Fidelitas mengacu pada akurasi chip. Para insinyur perlu menciptakan chip kuantum yang dapat menyimpan dan mengakses informasi dalam jumlah besar sekaligus mempertahankan lebih dari 100 qubit secara andal di seluruh kondisi kuantum yang rapuh.

Chip Kuantum Berbasis Silikon

Ada banyak jenis desain chip kuantum yang telah digunakan untuk menciptakan perangkat keras kuantum. Namun, pengenalan chip kuantum berbasis silikon memiliki keunggulan yang signifikan.

Pertama, mereka dapat memanfaatkan infrastruktur dan strategi fabrikasi bernilai miliaran dolar yang sudah tersedia untuk chip tradisional. Selain itu, chip tersebut dapat memuat jutaan qubit dalam satu chip. Qubit-qubit ini diposisikan secara presisi untuk menyediakan komputasi kuantum yang efisien.

Langkah Berikutnya

Menyadari potensi yang ditawarkan oleh teknologi spin-qubit silikon, para insinyur telah mencari cara untuk meningkatkan desain chip ini. Penelitian mereka mencakup pengujian laboratorium yang substansial. Hasil laboratorium terbukti akurat. Namun, hingga saat ini, belum ada upaya untuk melihat apakah tingkat akurasi yang sama dapat dicapai dengan menggunakan metode fabrikasi skala industri tradisional.

Sumber - Alam

Untuk mencapai tugas ini, para insinyur perlu mengatasi beberapa tantangan material. Desain mereka perlu memperhitungkan interferensi yang disebabkan oleh derau muatan dan gangguan statis. Masalah-masalah ini terjadi akibat cacat dan perangkap pada antarmuka serta oksida yang ditemukan dalam desain cip silikon.

Studi Pembuatan Chip Kuantum Skala Besar

Baru-baru ini Sel unit spin-qubit silikon yang kompatibel dengan industri dengan fidelitas melebihi 99%¹ Studi yang diterbitkan pada tanggal 24 September di Nature, memberikan wawasan berharga tentang metrik krusial yang bertanggung jawab untuk mencapai chip kuantum yang dapat diskalakan.

Proyek ini menghubungkan titik-titik antara kemampuan pemantauan waktu nyata dan kemampuan untuk mengoreksi kesalahan kuantum. Secara khusus, ia menunjukkan korelasi antara derau listrik dan transpor batang Hall. Sebagai bagian dari penelitian ini, Diraq merancang perangkat lunak pemodelan desain chip baru.

Mereka bermitra dengan perusahaan fabrikasi chip imec, yang bertanggung jawab atas produksi akhir perangkat tersebut. Dari sana, tim menciptakan beberapa desain menggunakan wafer silikon dan geometri CMOS tradisional.

Perkakas Standar

Para insinyur memilih beberapa perangkat dua-qubit yang menggunakan semikonduktor logam-oksida planar dengan gerbang polisilikon. Perangkat tersebut dibuat menggunakan perkakas semikonduktor standar dalam lingkungan pengecoran 300 mm. Arsitektur yang digunakan mencakup titik kuantum ganda dan transistor elektron tunggal (SET), yang menyediakan pembacaan spin secara real-time.

Khususnya, empat elektron pada titik ganda yang terbentuk di bawah elektroda gerbang pendorong perangkat memungkinkan pengontrolan sambungan terowongan antar titik dan analisis derau. Dari sana, seluruh unit ditempatkan dalam lemari pendingin pengenceran 3He/4He yang diatur pada suhu dasar 10 mK dalam mode terisolasi.

Menguji Desain Chip Kuantum Baru

Untuk menguji rancangan mereka, tim menerapkan beberapa kondisi eksperimen yang dibuat di laboratorium riset UNSW pada perangkat tersebut. Langkah pertama adalah mengevaluasi fungsionalitas qubit utama chip. Pengujian ini mencakup pengujian gerbang satu dan dua qubit serta pencatatan tingkat kesalahan.

Khususnya, tim ini memanfaatkan alat tomografi set gerbang (GST) mutakhir untuk mendapatkan wawasan berharga tentang keadaan kuantum secara real-time. Pendekatan ini memungkinkan mereka menentukan faktor interferensi seperti crosstalk dan pemecahan antara kesalahan stokastik dan kesalahan koheren.

Setelah mendokumentasikan empat desain, mereka melakukan pengukuran cryo-probing pada 16 opsi lainnya. Setiap chip memiliki bentuk dan arsitektur yang sedikit berbeda, memungkinkan tim untuk mendapatkan wawasan tentang bagaimana desain mereka memberikan kontrol elektrostatik yang seragam atas elektroda gerbang perangkat.

Hasil Uji Studi Fabrikasi Chip Kuantum Skala Besar

Hasil uji menunjukkan konsep tersebut berhasil. Tim menunjukkan kinerja qubit yang tinggi pada wafer 300 mm menggunakan pabrik semikonduktor tradisional. Data mereka menunjukkan bahwa chip tersebut berkinerja persis seperti yang diprediksi. Baik di fasilitas kontrol qubit tunggal maupun ganda, akurasinya melampaui 99% di keempat perangkat.

Hasil pengujian ini menunjukkan bahwa chip kuantum silikon Diraq dapat diproduksi massal secara sukses menggunakan strategi CMOS tradisional. Penemuan ini membuka peluang bagi produksi perangkat komputasi kuantum generasi mendatang dalam skala besar.

Manfaat Studi Pembuatan Chip Kuantum Skala Besar

Geser untuk menggulir →

Studi ini memberikan banyak manfaat bagi industri. Salah satunya, memberikan pengetahuan ilmiah yang berharga untuk mengatasi keterbatasan teknis strategi fabrikasi komputasi kuantum skala besar. Studi ini juga mendemonstrasikan cara untuk mengintegrasikan chip kuantum ke dalam manufaktur massal di masa mendatang.

Ketepatan

Salah satu penemuan terbesar adalah bahwa proses pengecoran tidak mengurangi akurasi atau fidelitas chip kuantum. Proses ini justru menunjukkan bahwa chip kuantum berbasis silikon dapat mempertahankan akurasi kelas dunia ketika dibuat menggunakan strategi spin-qubit mutakhir yang dipadukan dengan koreksi kesalahan waktu nyata.

Fabrikasi Massal

Tujuan utama studi ini adalah untuk menunjukkan bahwa komputer kuantum berbasis silikon dapat memanfaatkan industri semikonduktor yang sudah mapan. Para insinyur berhasil mencapai tujuan ini, yang membuka peluang bagi adopsi chip ini dalam skala besar.

Aplikasi dan Garis Waktu di Dunia Nyata

Ada beberapa aplikasi untuk studi ini. Pertama, studi ini akan membantu menyediakan jalur yang layak untuk produksi chip kuantum silikon yang andal dalam skala besar. Perangkat ini akan memainkan peran penting dalam banyak industri teknologi tinggi, termasuk AI, kedirgantaraan, medis, pemodelan iklim, dan banyak lagi.

Garis Waktu Studi Pembuatan Chip Kuantum Skala Besar

Butuh 7-10 tahun lagi sebelum Anda bisa mengunjungi toko komputer lokal dan melihat perangkat bertenaga kuantum dengan harga terjangkau. Namun, penelitian ini membuka jalan bagi komputer bertenaga kuantum dengan harga terjangkau dalam dekade mendatang.

Peneliti Studi Pembuatan Chip Kuantum Skala Besar

Demi menyukseskan Studi Fabrikasi Chip Kuantum Skala Besar, Diraq, perusahaan rintisan nanoteknologi UNSW Sydney, berkolaborasi dengan lembaga nanoelektronika Eropa, Interuniversity Microelectronics Centre (imec). Sebelumnya, Diraq telah meluncurkan desain chip silikon yang memfabrikasi qubit menggunakan proses CMOS di laboratorium mereka.

Langkah ini menginspirasi tim untuk mengembangkan teknologi ini lebih jauh, memungkinkan penerapan metode fabrikasi skala besar. Pencapaian fundamental ini membuka pintu bagi produksi massal chip kuantum berbasis silikon yang dapat digunakan dalam berbagai bidang, mulai dari transportasi hingga perangkat medis.

Arah Penelitian Masa Depan

Mengomentari rencana mereka, para insinyur berencana untuk melakukan investigasi lebih lanjut terhadap konfigurasi besar dan okupasi elektron yang lebih tinggi. Tujuan mereka adalah untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang asal fisik mekanisme kesalahan yang diamati dan menciptakan model yang dapat memprediksi dan mencegah kejadian ini secara akurat. Jika berhasil, penelitian ini akan memberikan jalur yang jelas menuju kinerja yang lebih tinggi di sektor ini.

Berinvestasi dalam Komputasi Kuantum

Beberapa pengembang komputer kuantum beroperasi secara global. Perusahaan-perusahaan ini terus mendorong batasan komputasi dengan terus berinvestasi dalam R&D untuk mengurangi biaya fabrikasi. Berikut adalah salah satu perusahaan yang tetap menjadi pelopor di pasar dan diakui sebagai pemimpin industri.

Komputasi Rigetti

Rigetti Computing memasuki pasar pada tahun 2013. Perusahaan ini berbasis di California dan didirikan oleh seorang fisikawan bernama Chad Rigetti. Fokus awal Rigetti Computing adalah menciptakan dan memelihara qubit superkonduktor. Pendekatan ini mencakup pembuatan sistem kuantum superkonduktor tumpukan penuh dan perangkat keras vital lainnya.

Rigetti Computing secara khusus selalu menjadi pelopor di pasar. Misalnya, mereka memperkenalkan prosesor kuantum pertama pada tahun 2016. Chip 3-qubit ini membuka pintu bagi inovasi di masa depan, termasuk peluncuran lingkungan pemrograman kuantum Forest, yang turut mendorong pengembangan algoritma.

Pada tahun 2017, Rigetti Quantum Cloud Services (QCS) diluncurkan, memungkinkan akses tingkat perusahaan ke chip kuantum yang canggih. Langkah ini segera diikuti dengan pembukaan pabrik pengecoran baru di Fremont, California, pada tahun yang sama. Langkah-langkah ini membantu memperkuat posisi dan kemampuan manufaktur perusahaan.

Pada tahun 2024, Rigetti Computing mendemonstrasikan prosesor 32-qubit-nya. Manuver ini diikuti oleh kemitraan strategis dengan AWS. Semua manuver ini memperkuat posisi pasar dan kepercayaan konsumen Rigetti Computing. Oleh karena itu, saat ini, hal ini dipandang sebagai cara yang sangat baik untuk mendapatkan eksposur ke sektor komputasi kuantum.

Berita dan Kinerja Saham BDX (RGTI) Terbaru

Studi Pembuatan Chip Kuantum Skala Besar | Kesimpulan

Ada banyak alasan mengapa menciptakan chip kuantum silikon yang dapat memanfaatkan industri semikonduktor yang matang merupakan keuntungan bagi semua pihak. Pertama, hal ini akan mendorong pengurangan biaya dan penelitian lebih lanjut. Selain itu, hal ini akan menginspirasi lebih banyak inovasi teknologi di masa depan.

Pelajari Terobosan Komputasi Kuantum Keren Lainnya Sini.

Referensi

^{1. Steinacker, P., Dumoulin Stuyck, N., Lim, WH, Tanttu, T., Feng, M., Serrano, S., Nickl, A., Candido, M., Cifuentes, JD, Vahapoglu, E., Bartee, SK, Hudson, FE, Chan, KW, Kubicek, S., Jussot, J., Canvel, Y., Beyne, S., Shimura, Y., Loo, R., . . . Dzurak, AS (2025). Sel unit spin-qubit silikon yang kompatibel dengan industri melebihi 99% fidelitas. Alam, 1-7. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09531-9}