Chip Kuantum Mendekati Kenyataan dengan Desain Silikon yang Dapat Diskalakan

Para peneliti Diraq memperkenalkan metode fabrikasi bit kuantum berfidelitas tinggi dalam skala besar yang layak secara komersial dan berpotensi mengubah sektor komputasi. Bukti konsep ini menggunakan proses manufaktur konvensional yang telah digunakan selama puluhan tahun untuk menghasilkan chip komputer kuantum berskala besar, andal, toleran terhadap kesalahan, dan tetap memiliki fidelitas maksimal. Berikut hal-hal yang perlu diketahui.

Permintaan Komputer Kuantum Terjangkau Terus Meningkat

Permintaan terhadap layanan dan tenaga ahli komputasi kuantum terus meningkat. Menurut laporan terbaru, perusahaan menghabiskan US$2,35 miliar untuk layanan kuantum pada tahun lalu. Perekrutan di sektor ini juga meningkat tajam; statistik LinkedIn menunjukkan kenaikan 180% dalam jumlah perusahaan yang mencari tenaga profesional kuantum antara 2020 dan 2024.

Ada banyak penyebab naiknya permintaan komputasi kuantum, salah satunya aplikasi militer. Militer di berbagai negara telah menginvestasikan dana besar dengan harapan memperoleh keunggulan kompetitif.

Inisiatif Pengujian Kuantum

Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Amerika Serikat saat ini menyelenggarakan Quantum Benchmarking Initiative. Proyek ini bertujuan menentukan apakah chip komputasi kuantum dapat ditingkatkan skalanya dan dibuat lebih tahan lama dibandingkan desain sekarang, yang memiliki keadaan kuantum rapuh.

Untuk menjalankan tugas tersebut, 18 perusahaan dipilih untuk bersaing mencapai utility scale di sektor komputasi kuantum. Istilah utility scale mengacu pada kemampuan komputasi kuantum menyelesaikan masalah yang jauh melampaui kapasitas superkomputer masa kini.

Tugas ini memerlukan koreksi kesalahan secara real-time agar memenuhi persyaratan fidelitas tinggi. Fidelitas mengacu pada akurasi chip. Para insinyur perlu membuat chip kuantum yang mampu menyimpan dan mengakses informasi dalam jumlah sangat besar sambil mempertahankan lebih dari 100 qubit secara andal dalam keadaan kuantum yang rapuh.

Chip Kuantum Berbasis Silikon

Berbagai desain chip kuantum telah digunakan untuk membuat perangkat keras kuantum. Namun, chip kuantum berbasis silikon menawarkan keuntungan besar.

Chip tersebut dapat memanfaatkan infrastruktur bernilai miliaran dolar dan strategi fabrikasi yang telah tersedia untuk chip konvensional. Selain itu, satu chip dapat menampung jutaan qubit yang ditempatkan secara presisi untuk menghasilkan komputasi kuantum yang efisien.

Langkah Selanjutnya

Melihat potensi teknologi spin-qubit silikon, para insinyur mencari cara untuk menyempurnakan desain chip ini melalui pengujian laboratorium yang ekstensif. Hasil laboratorium terbukti akurat, tetapi belum pernah diuji apakah tingkat akurasi yang sama dapat dicapai dengan metode fabrikasi industri konvensional berskala besar.

Sumber: Nature

Untuk mencapai tujuan tersebut, para insinyur harus mengatasi sejumlah tantangan material. Desainnya perlu memperhitungkan gangguan akibat derau muatan dan ketidakteraturan statis. Masalah ini muncul karena cacat dan jebakan pada antarmuka serta oksida dalam desain chip silikon.

Studi Fabrikasi Chip Kuantum Skala Besar

Studi terbaru Industry-compatible silicon spin-qubit unit cells exceeding 99% fidelity¹ yang diterbitkan di Nature pada 24 September memberikan wawasan penting tentang metrik yang diperlukan untuk mewujudkan chip kuantum yang dapat ditingkatkan skalanya.

Studi ini menghubungkan kemampuan pemantauan real-time dengan koreksi kesalahan kuantum, khususnya korelasi antara derau listrik dan transportasi Hall bar. Dalam penelitian tersebut, Diraq juga merancang perangkat lunak baru untuk memodelkan desain chip.

Diraq bermitra dengan perusahaan fabrikasi chip imec, yang bertanggung jawab atas pembuatan akhir perangkat. Tim kemudian membuat beberapa desain menggunakan wafer silikon dan geometri CMOS konvensional.

Peralatan Standar

Para insinyur memilih beberapa perangkat dua-qubit yang menggunakan struktur planar metal–oxide–semiconductor dengan gerbang polisilikon. Perangkat itu dibuat dengan peralatan semikonduktor standar di fasilitas foundry 300 mm. Arsitekturnya mencakup double quantum dot dan single-electron transistor (SET) yang menyediakan pembacaan spin secara real-time.

Empat elektron dalam double dot terbentuk di bawah elektroda plunger gate, sehingga coupling terowongan antardot dapat dikendalikan dan derau dapat dianalisis. Seluruh unit kemudian ditempatkan dalam lemari pendingin dilusi 3He/4He pada suhu dasar 10 mK dalam mode terisolasi.

Pengujian Desain Chip Kuantum Baru

Untuk menguji rancangan tersebut, tim menempatkan perangkat dalam sejumlah kondisi eksperimental di laboratorium riset UNSW. Langkah pertama adalah mengevaluasi fungsi utama qubit, termasuk menguji gerbang satu-qubit dan dua-qubit serta mencatat tingkat kesalahan.

Tim menggunakan perangkat gate set tomography (GST) mutakhir untuk mengamati keadaan kuantum secara real-time. Pendekatan ini memungkinkan mereka menentukan faktor gangguan seperti crosstalk serta membedakan kesalahan stokastik dan koheren.

Setelah mendokumentasikan empat desain, tim melakukan pengukuran cryo-probing pada 16 opsi lainnya. Setiap chip memiliki bentuk dan arsitektur yang sedikit berbeda, sehingga tim dapat menilai bagaimana desainnya menyediakan kendali elektrostatis yang seragam pada elektroda gerbang perangkat.

Hasil Pengujian Studi Fabrikasi Chip Kuantum Skala Besar

Hasil pengujian menunjukkan bahwa konsep tersebut berhasil. Tim memperlihatkan kinerja qubit yang tinggi pada wafer 300 mm menggunakan foundry semikonduktor konvensional. Chip bekerja sesuai prediksi dan melampaui akurasi 99% pada keempat perangkat, baik untuk kendali satu-qubit maupun dua-qubit.

Hasil ini menunjukkan bahwa chip kuantum silikon Diraq dapat diproduksi massal dengan strategi CMOS konvensional. Temuan tersebut membuka jalan bagi produksi perangkat komputasi kuantum generasi berikutnya dalam skala besar.

Manfaat Studi Fabrikasi Chip Kuantum Skala Besar

Geser untuk menggulir →

Studi ini memberi banyak manfaat bagi industri. Penelitian tersebut menghasilkan pengetahuan ilmiah berharga untuk mengatasi keterbatasan teknis dalam fabrikasi komputasi kuantum berskala besar. Studi ini juga menunjukkan cara mengintegrasikan chip kuantum ke manufaktur massal pada masa depan.

Akurasi

Salah satu temuan terpenting adalah bahwa proses foundry tidak menurunkan akurasi atau fidelitas chip kuantum. Sebaliknya, chip berbasis silikon dapat mempertahankan akurasi kelas dunia ketika dibuat dengan strategi spin-qubit mutakhir yang dipadukan dengan koreksi kesalahan real-time.

Fabrikasi Massal

Tujuan utama studi ini adalah membuktikan bahwa komputer kuantum berbasis silikon dapat memanfaatkan industri semikonduktor yang telah matang. Para insinyur berhasil membuktikannya, sehingga membuka jalan bagi adopsi chip ini dalam skala besar.

Aplikasi Nyata dan Garis Waktu

Studi ini memiliki banyak aplikasi. Salah satunya adalah menyediakan jalur yang layak menuju produksi berskala besar untuk chip kuantum silikon yang andal. Perangkat ini akan berperan penting dalam berbagai industri teknologi tinggi, termasuk AI, kedirgantaraan, medis, pemodelan iklim, dan bidang lainnya.

Garis Waktu Fabrikasi Chip Kuantum Skala Besar

Diperlukan sekitar 7–10 tahun sebelum perangkat bertenaga kuantum tersedia dengan harga terjangkau di toko komputer. Meski demikian, penelitian ini membuka jalan bagi komputer kuantum dengan harga wajar dalam dekade mendatang.

Peneliti Studi Fabrikasi Chip Kuantum Skala Besar

Untuk menyukseskan studi ini, Diraq—startup nanoteknologi dari UNSW Sydney—bekerja sama dengan lembaga nanoelektronika Eropa Interuniversity Microelectronics Centre (imec). Diraq sebelumnya telah memperkenalkan desain chip silikon dengan qubit yang dibuat menggunakan proses CMOS di laboratoriumnya.

Langkah tersebut mendorong tim mengembangkan teknologi lebih jauh hingga metode fabrikasi berskala besar dapat digunakan. Pencapaian mendasar ini membuka jalan bagi produksi massal chip kuantum berbasis silikon untuk berbagai penggunaan, dari transportasi hingga perangkat medis.

Arah Penelitian Masa Depan

Para insinyur berencana meneliti konfigurasi yang lebih besar dan okupansi elektron yang lebih tinggi. Mereka ingin memahami asal fisik mekanisme kesalahan yang diamati serta membuat model yang dapat memprediksi dan mencegahnya secara akurat. Jika berhasil, penelitian ini akan menyediakan jalur yang jelas menuju kinerja sektor yang lebih tinggi.

Berinvestasi dalam Komputasi Kuantum

Sejumlah pengembang komputer kuantum beroperasi di berbagai negara. Perusahaan-perusahaan ini terus mendorong batas komputasi dengan berinvestasi dalam R&D untuk menekan biaya fabrikasi. Berikut salah satu perusahaan perintis yang diakui sebagai pemimpin industri.

Rigetti Computing

Rigetti Computing (RGTI ) memasuki pasar pada 2013. Perusahaan yang berbasis di California ini didirikan oleh fisikawan Chad Rigetti. Fokus awalnya adalah membuat dan memelihara qubit superkonduktor, termasuk sistem kuantum superkonduktor full-stack dan perangkat keras penting lainnya.

Rigetti Computing dikenal sebagai pelopor. Pada 2016, perusahaan memperkenalkan prosesor kuantum pertamanya. Chip tiga-qubit ini membuka jalan bagi inovasi berikutnya, termasuk lingkungan pemrograman kuantum Forest yang membantu pengembangan algoritme.

Pada 2017, Rigetti Quantum Cloud Services (QCS) diluncurkan dan memberi perusahaan akses ke chip kuantum berdaya tinggi. Pada tahun yang sama, Rigetti membuka foundry baru di Fremont, California, sehingga memperkuat posisi dan kemampuan manufakturnya.

Pada 2024, Rigetti Computing mendemonstrasikan prosesor 32-qubit, kemudian menjalin kemitraan strategis dengan AWS. Langkah-langkah tersebut memperkuat posisi pasar dan kepercayaan konsumen, sehingga Rigetti dipandang sebagai salah satu cara untuk memperoleh eksposur ke sektor komputasi kuantum.

Berita dan Kinerja Saham Rigetti Computing (RGTI) Terbaru

Studi Fabrikasi Chip Kuantum Skala Besar | Kesimpulan

Ada banyak alasan mengapa pembuatan chip kuantum silikon yang dapat memanfaatkan industri semikonduktor matang akan menguntungkan semua pihak. Selain menekan biaya dan mendorong penelitian lanjutan, pencapaian ini akan memicu lebih banyak inovasi teknologi pada masa depan.

Pelajari terobosan menarik lainnya dalam komputasi kuantum di sini.

Referensi

^{1. Steinacker, P., Dumoulin Stuyck, N., Lim, W. H., Tanttu, T., Feng, M., Serrano, S., Nickl, A., Candido, M., Cifuentes, J. D., Vahapoglu, E., Bartee, S. K., Hudson, F. E., Chan, K. W., Kubicek, S., Jussot, J., Canvel, Y., Beyne, S., Shimura, Y., Loo, R., . . . Dzurak, A. S. (2025). Industry-compatible silicon spin-qubit unit cells exceeding 99% fidelity. Nature, 1-7. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09531-9}