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 kemungkinan memiliki banyak aplikasi lain yang saat ini masih kita tebak.

Untuk berfungsi, mereka memerlukan “qubit” yang sestabil mungkin, elemen dasar komputasi kuantum. Sejauh ini, hanya komputer kuantum “ion terperangkap” yang berhasil menghasilkan qubit yang sangat stabil. Namun teknologi ini secara inheren lebih sulit untuk diskalakan dibandingkan qubit superkonduktor.

Jadi meskipun qubit superkonduktor mungkin menjadi masa depan teknologi ini, diperlukan peningkatan stabilitas waktu koherensi qubit mereka.

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

Mereka mempublikasikan temuan mereka di Nature¹, dengan judul “Millisecond lifetimes and coherence times in 2D transmon qubits”.

Batas Koherensi Qubit

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

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

Jadi menentukan material apa yang dapat mempertahankan koherensi lebih lama adalah langkah penting yang harus diambil sebelum mencapai tahap komersial untuk industri komputasi kuantum.

“Tantangan sebenarnya, hal yang menghentikan kita memiliki komputer kuantum yang berguna saat ini, adalah bahwa Anda membangun sebuah qubit dan informasinya tidak bertahan lama.

Ini adalah lompatan besar berikutnya.”

Andrew Houck, dekan teknik Princeton

Bagaimana Peneliti Memperpanjang Koherensi Qubit Transmon

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

Qubit transmon memiliki keunggulan berupa fidelitas tinggi (fidelitas gerbang satu-qubit melebihi 99,9 %), dapat diproduksi secara massal, dan memiliki waktu koherensi tinggi sebesar 0,1 milidetik.

Ini menjanjikan, tetapi waktu koherensi masih terlalu rendah.

Jadi ketika peneliti Princeton mengumumkan berhasil menciptakan qubit dengan rata‑rata durasi 1,68 ms, ini merupakan peningkatan besar.

Sumber: Nature

Ini adalah durasi qubit 3× lebih lama daripada yang pernah dibuat di laboratorium, dan 15× 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, peneliti menggunakan dua perbaikan berbeda pada material yang dipakai.

Pertama, mereka menggunakan logam bernama tantalum sebagai lapisan dasar untuk membantu sirkuit rapuh mempertahankan energi. Ini karena cacat permukaan kecil yang tersembunyi di logam dapat menjebak dan menyerap energi saat bergerak.

Masalah ini menjadi semakin parah ketika lebih banyak qubit ditambahkan ke chip, jenis kesalahan ini berlipat ganda hingga membuat chip tidak berguna setelah mencapai jumlah tertentu.

Scanning transmission electron microscopy (STEM) digunakan untuk mengonfirmasi struktur kristal kubik tantalum yang sangat teratur.

Sumber: Nature

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

“Anda dapat menaruh tantalum dalam asam, dan sifatnya tetap tidak berubah.”

Faranak Bahrami – Peneliti di Universitas Princeton

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

Silikon Menggantikan Safir

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

Sebagai gantinya, peneliti menggunakan silikon berkualitas tinggi (resistivitas tinggi), material standar umum di industri komputasi tradisional.

Bersama-sama, perbaikan material pada platform tantalum‑on‑silicon ini membuat gerbang satu‑qubit yang dihasilkan mencapai fidelitas 99,994 %.

Dari Terobosan Laboratorium ke Chip Kuantum yang Dapat Diskalakan

Para peneliti melanjutkan metode mereka untuk membangun sebuah chip kuantum yang berfungsi penuh dan melampaui semua desain sebelumnya.

Karena tingkat kesalahan bersifat multiplikatif, jenis perbaikan ini berskala eksponensial dengan ukuran sistem. Akibatnya, peningkatan 10‑15× dalam tingkat kesalahan untuk qubit individual memiliki dampak jauh lebih besar pada komputer multi‑qubit.

Pentingnya, qubit semacam ini bukan konsep eksotis baru, melainkan hanya “qubit superkonduktor tradisional” yang menggunakan material berbeda, sehingga dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam komputer kuantum yang sudah ada dan dipakai oleh perangkat lunak komputasi kuantum yang ada.

“Menukar komponen Princeton ke dalam prosesor kuantum terbaik Google, yang disebut Willow, akan memungkinkan ia bekerja 1.000 kali lebih baik.

Manfaat qubit Princeton tumbuh secara eksponensial seiring ukuran sistem bertambah, sehingga menambah lebih banyak qubit akan memberikan manfaat yang lebih besar.”

Andrew Houck, dekan teknik Princeton

Ini berarti desain Princeton dapat memungkinkan komputer hipotetis 1.000‑qubit bekerja kira‑kira 1 miliar kali lebih baik.

Lebih baik lagi, penggunaan tantalum dan silikon berarti metode manufaktur cocok dengan yang sudah dipakai industri semikonduktor, menjadikan produksi massal tonggak yang jauh lebih mudah dicapai dibandingkan teknologi yang sepenuhnya baru.

Penelitian ini tampaknya menunjukkan bahwa chip kuantum silikon, yang kami bahas sebelumnya, kemungkinan merupakan arah yang tepat bagi industri komputasi kuantum.

Bersama dengan sumber cahaya kuantum yang lebih baik, chip hibrida kuantum‑fotonik, dan kemungkinan mengirim informasi kuantum bersamaan dengan aliran data telekom biasa, langkah‑langkah ini menuju komputer kuantum yang jauh lebih besar menunjukkan bahwa teknologi ini dengan cepat mencapai kematangan komersial.

Berinvestasi dalam Inovasi Komputasi Kuantum

1. Alphabet Inc.

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

Komputer kuantum Google mencetak sejarah pada 2019 ketika mengklaim telah mencapai “keunggulan kuantum” dengan mesin Sycamore‑nya. Mesin tersebut melakukan perhitungan dalam 200 detik yang akan memakan waktu superkomputer konvensional 10.000 tahun.

Ini kini tertinggal dibandingkan kinerja chip terbarunya, yang disebut Willow. Ini adalah chip komputasi kuantum pertama yang memiliki tingkat kesalahan cukup rendah sehingga semakin banyak qubit yang ditambahkan, semakin sedikit kesalahan yang muncul. Ini menjadikannya desain chip kuantum skalabel pertama.

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

Saat ini, Quantum AI Google menyediakan rangkaian perangkat lunak yang dirancang untuk membantu ilmuwan mengembangkan algoritma kuantum.

Google juga secara terbuka mendorong “peneliti, insinyur, dan pengembang untuk bergabung dengan kami dalam perjalanan ini dengan memeriksa perangkat lunak sumber terbuka kami serta sumber daya edukasi, termasuk kursus baru di Coursera, di mana pengembang dapat mempelajari dasar‑dasar koreksi kesalahan kuantum dan membantu kami menciptakan algoritma yang dapat menyelesaikan masalah masa depan.”

Berkat pendekatan terbuka ini, Google kini memimpin baik di perangkat keras maupun solusi cloud mereka. Google mungkin menjadi salah satu perusahaan yang menetapkan standar perangkat lunak komputasi kuantum dan pemrograman kuantum, memberi mereka posisi istimewa untuk mengarahkan evolusi masa depan bidang ini.

Sementara itu, solusi AI, termasuk mobil self‑driving Waymo, mungkin menjadi penggerak pendapatan baru bagi Alphabet, yang masih memegang posisi dominan secara massal di industri pencarian & iklan.

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

Berita dan Perkembangan Saham Alphabet (GOOGL) Terbaru

Studi yang Dirujuk:

^{1. Bland, M.P., Bahrami, F., Martinez, J.G.C. et al. Millisecond lifetimes and coherence times in 2D transmon qubits. Nature 647, 343–348 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09687-4}