Qubit Milidetik Menandai Terobosan dalam Teknologi Kuantum

Terobosan dalam Qubit Superkonduktor Skala Milidetik

Komputer kuantum dapat merevolusi cara kita melakukan kriptografi, menghitung simulasi kompleks seperti konfigurasi 3D protein, dan mungkin memiliki banyak aplikasi lain yang saat ini masih belum kita pahami sepenuhnya.

Agar dapat berfungsi, mereka membutuhkan "qubit" yang sestabil mungkin, elemen fundamental dari komputasi kuantum. Sejauh ini, hanya komputer kuantum "ion terperangkap" yang berhasil menghasilkan qubit yang sangat stabil. Namun, teknologi ini secara inheren lebih sulit untuk ditingkatkan skalanya dibandingkan dengan qubit superkonduktor.

Jadi, meskipun qubit superkonduktor mungkin merupakan masa depan teknologi ini, peningkatan stabilitas waktu koherensi qubit tersebut masih diperlukan.

Inilah yang baru saja dicapai oleh tim besar peneliti di Universitas Princeton. Mereka menciptakan jenis qubit superkonduktor yang dapat mempertahankan koherensi selama lebih dari satu milidetik, 3 kali lebih lama daripada yang terbaik yang pernah tercatat.

Mereka mempublikasikan temuan mereka di jurnal Nature.¹, dengan judul “Masa hidup milidetik dan waktu koherensi pada qubit transmon 2D".

Batas Koherensi Qubit

Untuk melakukan komputasi kuantum, komputer kuantum perlu mempertahankan "koherensi", suatu keadaan kuantum khusus yang sangat rentan terhadap gangguan dari lingkungan. Secara umum, derau termal dan pergerakan partikel cenderung menghancurkan koherensi dalam hitungan nanodetik.

Dalam kondisi khusus, seperti kondisi ultra-dingin, masa hidup qubit dapat berlangsung lebih lama. Namun demikian, koherensi yang cukup lama masih menjadi batasan utama bagi sebagian besar komputer kuantum saat ini, yang menyebabkan kesalahan perhitungan yang tidak hanya mengurangi kapasitas komputasi total, tetapi juga tidak mudah dikompensasi dengan peningkatan perangkat lunak.

Oleh karena itu, menentukan material apa yang mampu mempertahankan koherensi lebih lama merupakan langkah maju penting yang perlu dilakukan sebelum mencapai tahap komersial untuk industri komputasi kuantum.

“Tantangan sebenarnya, hal yang menghalangi kita untuk memiliki komputer kuantum yang berguna saat ini, adalah ketika Anda membangun sebuah qubit, informasi tersebut tidak bertahan lama.

Ini adalah lompatan besar berikutnya ke depan.”

Andrew Houck, dekan teknik Universitas Princeton

Bagaimana Para Peneliti Memperluas Koherensi Qubit Transmon

Para peneliti menggunakan jenis qubit superkonduktor yang sama dengan yang digunakan oleh perusahaan seperti Google atau IBM dalam komputer kuantum mereka sendiri, tqubit transmon.

Qubit Transmon memiliki keunggulan berupa fidelitas tinggi (fidelitas gerbang qubit tunggal melebihi 99.9%), kemungkinan untuk diproduksi dalam skala besar, dan dengan waktu koherensi tinggi sebesar 0.1 milidetik.

Ini menjanjikan, tetapi waktu koherensinya masih terlalu rendah.

Jadi, ketika para peneliti Princeton mengumumkan telah berhasil menciptakan qubit yang bertahan rata-rata 1.68 ms, ini merupakan peningkatan yang sangat besar.

Sumber: Alam

Ini adalah durasi qubit 3 kali lebih lama daripada yang terbaik yang pernah dibuat di laboratorium, dan 15 kali lebih kuat daripada yang digunakan oleh perusahaan swasta yang mengembangkan komputer kuantum.

Mengapa Tantalum dan Silikon Meningkatkan Koherensi Kuantum?

Tantalum Meningkatkan Koherensi

Untuk mencapai hasil ini, para peneliti menggunakan dua peningkatan berbeda pada material yang digunakan.

Pertama, mereka menggunakan logam yang disebut tantalum sebagai lapisan dasar untuk membantu sirkuit yang rapuh tersebut menyimpan energi. Hal ini karena cacat permukaan kecil yang tersembunyi pada logam dapat memerangkap dan menyerap energi saat bergerak.

Masalah ini menjadi semakin serius ketika semakin banyak qubit ditambahkan ke dalam sebuah chip; jenis kesalahan ini akan berlipat ganda hingga mencapai titik di mana chip tersebut menjadi tidak berguna setelah jumlah qubit tertentu.

Mikroskop elektron transmisi pemindaian (STEM) digunakan untuk mengkonfirmasi struktur yang sangat teratur dari kristal kubik tantalum.

Sumber: Alam

Dibandingkan dengan logam seperti aluminium, tantalum memiliki lebih sedikit cacat, dan sangat tahan terhadap proses pembersihan keras yang digunakan untuk menghilangkan kotoran.

“Anda bisa memasukkan tantalum ke dalam asam, dan sifat-sifatnya tetap tidak berubah.”

Faranak Bahrami – Penelitian di Universitas Princeton

Menumbuhkan tantalum langsung di atas silikon merupakan tantangan yang membutuhkan upaya besar untuk diatasi.
Geser untuk menggulir →

Silikon Menggantikan Safir

Sumber kehilangan energi lain yang menyebabkan hilangnya koherensi adalah substrat safir yang digunakan dalam chip kuantum.

Sebaliknya, para peneliti menggunakan silikon berkualitas tinggi (resistivitas tinggi), bahan standar umum dalam industri komputasi tradisional.

Secara keseluruhan, peningkatan pada material yang digunakan dalam platform tantalum-on-silicon ini membuat gerbang single-qubit yang dihasilkan mencapai fidelitas 99.994%.

Dari Terobosan Laboratorium hingga Chip Kuantum yang Dapat Diperluas

Para peneliti kemudian menggunakan metode mereka untuk membangun sebuah chip kuantum yang berfungsi penuh dan mengungguli semua desain sebelumnya.

Karena tingkat kesalahan bersifat multiplikatif, peningkatan jenis ini meningkat secara eksponensial seiring dengan ukuran sistem. Akibatnya, peningkatan tingkat kesalahan 10-15 kali lipat untuk qubit individual memiliki efek yang jauh lebih besar pada komputer multi-qubit.

Yang penting, qubit semacam itu bukanlah konsep baru yang eksotis, melainkan hanya qubit superkonduktor "tradisional" yang menggunakan material berbeda, sehingga dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam komputer kuantum yang ada dan digunakan oleh perangkat lunak komputasi kuantum yang sudah ada.

“Mengganti komponen Princeton ke dalam prosesor kuantum terbaik Google, yang disebut Willow, akan memungkinkan prosesor tersebut bekerja 1,000 kali lebih baik.

Manfaat dari qubit Princeton meningkat secara eksponensial seiring bertambahnya ukuran sistem, sehingga menambahkan lebih banyak qubit akan memberikan manfaat yang lebih besar lagi.”

Andrew Houck, dekan teknik Universitas Princeton

Ini berarti desain Princeton dapat memungkinkan komputer hipotetis 1,000-qubit untuk bekerja sekitar 1 miliar kali lebih baik.

Lebih baik lagi, penggunaan tantalum dan silikon berarti metode manufaktur tersebut sesuai dengan metode yang sudah digunakan oleh industri semikonduktor, sehingga produksi massal menjadi pencapaian yang jauh lebih mudah daripada teknologi yang sepenuhnya baru.

Penelitian ini tampaknya menunjukkan bahwa chip kuantum silikon, yang telah kita bahas sebelumnya, kemungkinan besar merupakan arah yang tepat untuk industri komputasi kuantum.

Bersama dengan sumber cahaya kuantum yang lebih baik, chip kuantum-fotonik hibrida, dan kemungkinan untuk membawa informasi kuantum bersamaan dengan aliran data telekomunikasi normalLangkah-langkah menuju komputer kuantum yang jauh lebih besar ini menunjukkan bahwa teknologi tersebut dengan cepat mencapai kematangan komersial.

Berinvestasi dalam Inovasi Komputasi Kuantum

1. Alfabet Inc.

Google sangat aktif dalam komputasi kuantum, terutama melalui Laboratorium AI Kuantum Google dan kampus AI Kuantum di Santa Barbara.

Komputer kuantum Google mencetak sejarah pada tahun 2019 ketika mengklaim telah mencapai "supremasi kuantum" dengan mesin Sycamore-nya. Mesin tersebut melakukan perhitungan dalam 200 detik yang akan memakan waktu 10,000 tahun bagi superkomputer konvensional.

Hal ini kini dikerdilkan oleh performa chip terbarunya, yang disebut WillowIni adalah chip komputasi kuantum pertama yang memiliki tingkat kesalahan yang cukup rendah sehingga semakin banyak qubit yang Anda tambahkan, semakin kecil kesalahan yang Anda dapatkan. Hal ini menjadikannya desain chip kuantum yang pertama kali dapat diskalakan.

Namun mungkin kontribusi terbesar Google akan berada di bidang perangkat lunak, sebuah aktivitas di mana mereka memiliki rekam jejak yang mengesankan, bahkan lebih baik daripada di bidang perangkat keras (Search, G Suite, Android, dll.).

Saat ini, AI Kuantum milik Google menyediakan serangkaian perangkat lunak yang dirancang untuk membantu ilmuwan dalam mengembangkan algoritma kuantum.

Ia juga secara terbuka menganjurkan “para peneliti, insinyur, dan pengembang untuk bergabung dengan kami dalam perjalanan ini dengan memeriksa perangkat lunak open source dan sumber daya pendidikan, termasuk kursus baru di Coursera, tempat pengembang dapat mempelajari dasar-dasar koreksi kesalahan kuantum dan membantu kami menciptakan algoritma yang dapat memecahkan masalah masa depan."

Berkat pendekatan terbuka ini, Google kini menjadi yang terdepan dalam perangkat keras maupun solusi cloud-nya. Google mungkin menjadi salah satu perusahaan yang menetapkan standar perangkat lunak komputasi kuantum dan pemrograman kuantum, memberinya posisi istimewa untuk mengarahkan evolusi bidang ini di masa depan.

Sementara itu, solusi AI, termasuk mobil self-driving Waymo, mungkin menjadi pendorong pendapatan baru bagi Alphabet, yang masih memegang posisi sangat dominan dalam industri pencarian & iklan.

Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang aktivitas Google yang tidak terkait dengan kuantum, terutama iklan dan AI, dalam laporan khusus kami dari Desember 2024.

Berita dan Perkembangan Terbaru Saham Alphabet (GOOGL)

Referensi Studi:

^{1. Bland, MP, Bahrami, F., Martinez, JGC dkk. Masa hidup milidetik dan waktu koherensi pada qubit transmon 2D. Nature 647, 343–348 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09687-4}