Gelombang Suara Menawarkan Terobosan dalam Menyimpan Informasi Kuantum

Komputasi kuantum menjanjikan kecepatan luar biasa dalam memecahkan masalah kompleks untuk menghasilkan terobosan di bidang kecerdasan buatan, keuangan, logistik, ilmu bahan, penemuan obat, dan kriptografi.

Namun, sementara potensi teknologi ini sangat besar, mewujudkannya tidaklah mudah, karena dalam prakteknya, telah terbukti sangat sulit untuk membuat komputer kuantum bekerja dan menggunakannya untuk memecahkan masalah dunia nyata.

Komputasi kuantum masih merupakan teknologi eksperimental, dengan peneliti bekerja untuk mengatasi hambatan untuk melakukan simulasi akurat dari fenomena kuantum. Salah satu masalah utama di sini adalah menyimpan informasi selama waktu lama.

Hal ini karena sementara qubit superkonduktor memiliki kemampuan besar untuk memproses informasi kuantum, mereka memiliki waktu kohesi yang terbatas.

Kohesi adalah kemampuan suatu sistem kuantum untuk mempertahankan hubungan antara berbagai keadaan dalam superposisi. Sifat dasar ini memungkinkan qubit untuk ada dalam kombinasi linier dari keadaan basis, memungkinkan paralelisme dan interferensi yang merupakan inti dari komputasi kuantum.

Esensial untuk melakukan operasi kuantum, kohesi cukup rapuh dan dapat hilang bahkan melalui interaksi kecil dengan lingkungan.

Jika tidak ada kohesi, perilaku kuantum hilang oleh qubit, membuat komputasi kuantum tidak berarti. Sementara itu, dekoherensi adalah proses oleh mana kohesi hilang, dan ini terus menjadi tantangan besar dalam membangun dan mengoperasikan komputer kuantum.

Sekarang, qubit superkonduktor adalah cara fisik untuk mewujudkan qubit, dan mereka bergantung pada mempertahankan kohesi kuantum untuk berfungsi. Tapi tentu saja, dekoherensi tetap menjadi tantangan terbesar mereka.

Qubit superkonduktor adalah sirkuit kecil yang terbuat dari bahan khusus, yang memanfaatkan fenomena kuantum seperti superposisi dan keterkaitan untuk melakukan perhitungan. Bahan yang digunakan untuk membuat sirkuit didinginkan hingga hampir nol absolut untuk membuat mereka superkonduktor, yang berarti mereka dapat menghantarkan listrik tanpa resistensi.

Sementara qubit superkonduktor ini luar biasa dalam perhitungan cepat, mereka bergelut untuk menyimpan informasi selama periode waktu yang lama.

Antarmuka antara foton dan fonon, bagaimanapun, dapat memungkinkan informasi kuantum untuk disimpan dalam osilator mekanik yang panjang umur. Tim di Caltech telah melakukan hal ini; mereka telah memperkenalkan platform yang bergantung pada gaya elektrostatik dalam struktur skala nano untuk mencapai kopling kuat antara qubit dan osilator nanomekanik.

Waktu degradasi energi (T1) sekitar 25 ms, yang melebihi yang direalisasikan dalam sirkuit superkonduktor terintegrasi.

Untuk mengeksplorasi akar dekoherensi serta mengurangi dampaknya, tim menggunakan operasi kuantum. Penggunaan urutan dekopling dinamis dua-puls membantu mereka mencapai waktu kohesi (T2) yang lebih lama sebesar 1 ms, perpanjangan dari 64 μs.Temuan dari studi menunjukkan bahwa pada perangkat superkonduktor, osilator mekanis dapat berfungsi sebagai memori kuantum, dengan potensi yang untuk digunakan dalam komputasi kuantum, penginderaan, dan transduksi.

Bagaimana Gelombang Suara Menyimpan Keadaan Kuantum Lebih Lama

Komputer konvensional seperti laptop dan ponsel menyimpan informasi dalam bentuk bit.

Bit adalah satuan terkecil dari informasi digital, yang merupakan potongan-potongan logika dasar yang hanya dapat memiliki nilai biner 0 atau 1.

Komputer kuantum, sementara itu, dapat memiliki keadaan yang sama-sama 0 dan 1 pada saat yang sama, yang dikenal sebagai superposisi, dan ini adalah yang membuat komputasi kuantum berjanji untuk memecahkan masalah yang tidak dapat dikelola oleh komputer klasik kita.

Banyak komputer kuantum yang ada berdasarkan sistem elektronik superkonduktor, di mana elektron mengalir tanpa hambatan pada suhu yang sangat rendah. Dalam sistem ini, ketika sifat kuantum elektron mengalir melalui resonator, mereka menciptakan qubit superkonduktor.

Qubit ini sangat baik dalam melakukan operasi logika yang diperlukan untuk komputasi. Namun, mereka tidak terlalu baik dalam menyimpan informasi, yang direpresentasikan oleh deskriptor matematika dari sistem kuantum tertentu. 

Untuk meningkatkan waktu penyimpanan keadaan kuantum, insinyur telah mencari cara untuk membangun ‘memori kuantum’ untuk qubit superkonduktor.

Sebuah tim ilmuwan dari Caltech telah mengambil rute hibrida untuk memori kuantum ini. 

Informasi listrik secara efektif diubah menjadi suara menggunakan pendekatan ini. Untuk menerjemahkan informasi kuantum menjadi gelombang suara, mereka menggunakan perangkat kecil yang berfungsi seperti garpu tala miniatur.

Hal ini memungkinkan umur keadaan kuantum diperpanjang hingga tiga puluh kali lebih lama daripada teknik lain, meletakkan dasar untuk komputer kuantum yang skalabel, praktis dengan kapasitas tidak hanya menghitung tetapi juga mengingat.

“Sekali Anda memiliki keadaan kuantum, Anda mungkin tidak ingin melakukan apa pun dengan itu segera. Anda perlu memiliki cara untuk kembali ke sana ketika Anda ingin melakukan operasi logika. Untuk itu, Anda perlu memori kuantum.”

– Mohammad Mirhosseini, asisten profesor teknik elektro dan fisika terapan di Caltech

Didukung oleh dana dari National Science Foundation dan Air Force Office of Scientific Research, studi dipimpin oleh mahasiswa pascasarjana Caltech Alkim Bozkurt dan Omid Golami dan diterbitkan dalam¹ jurnal Nature Physics.

Hal ini menjelaskan tentang fabrikasi qubit superkonduktor pada chip, yang kemudian dihubungkan ke perangkat kecil yang disebut osilator mekanik.Sebuah osilator mekanik adalah sistem yang menampilkan gerak osilasi. Ini adalah secara esensial sebuah garpu tala mini, yang, dalam kasus studi ini, terdiri dari pelat fleksibel. Pelat-pelat ini digetarkan menggunakan gelombang suara pada frekuensi gigahertz (GHz).

Ketika tim menempatkan muatan listrik pada pelat-pelat fleksibel tersebut, mereka dapat berinteraksi dengan sinyal listrik yang membawa informasi kuantum, memungkinkan untuk ditransmisikan ke dalam perangkat sebagai “memori” dan kemudian ditransmisikan keluar atau “diingat” kemudian.

Peneliti mengukur berapa lama waktu yang dibutuhkan oleh osilator untuk kehilangan konten kuantumnya setelah informasi memasuki perangkat.

“Ternyata osilator ini memiliki umur sekitar 30 kali lebih lama daripada qubit superkonduktor terbaik di luar sana.”

– Mirhosseini

Metode ini dalam membangun memori kuantum memiliki berbagai kelebihan dibandingkan dengan teknik lain. Gelombang akustik, misalnya, bergerak jauh lebih lambat daripada gelombang elektromagnetik, sehingga memungkinkan perangkat yang lebih kompak.

Gelombang elektromagnetik (EM) adalah gelombang transversal dari medan listrik dan magnet yang bergetar yang membawa energi melalui ruang. Mereka diproduksi oleh percepatan partikel bermuatan dan mencakup spektrum yang meliputi gelombang radio, mikrogelombang, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar X, dan sinar gamma. Geser untuk menggulir →

Semua gelombang EM bergerak pada kecepatan cahaya dalam vakum dan tidak memerlukan medium untuk berpropagasi.

Sementara itu, gelombang akustik adalah gelombang mekanik, seperti gelombang suara, yang mengirimkan energi melalui medium seperti padat, cair, atau gas dengan menyebabkan partikel medium bergetar, mampat, dan mengembang. Gelombang-gelombang ini dapat digambarkan oleh sifat-sifat seperti frekuensi, amplitudo, dan panjang gelombang. Gelombang akustik mencakup berbagai frekuensi, termasuk infrasound dan ultrasound.

Karena getaran mekanik, tidak seperti gelombang EM, tidak berpropagasi dalam ruang bebas, energi tidak bocor keluar dari sistem dan dapat lebih kuat terkurung dalam medium, memungkinkan waktu penyimpanan yang lebih lama dan mengurangi pertukaran energi yang tidak diinginkan antara perangkat terdekat.

Manfaat-manfaat ini menawarkan kemungkinan banyak “garpu tala” untuk dimasukkan dalam sebuah chip tunggal, menyediakan cara yang dapat diskalakan untuk memori kuantum.Studi ini, menurut Mirhosseini, menunjukkan interaksi minimal antara gelombang akustik dan gelombang elektromagnetik dibutuhkan untuk menyelidiki nilai sistem hibrida ini untuk digunakan sebagai elemen memori. 

“Agar platform ini benar-benar berguna untuk komputasi kuantum, Anda perlu dapat memasukkan data kuantum ke dalam sistem dan mengambilnya lebih cepat. Dan itu berarti bahwa kita harus menemukan cara untuk meningkatkan laju interaksi sebesar faktor tiga hingga 10 di luar kemampuan sistem saat ini,” kata Mirhosseini. Dan tim memiliki ide sebagai cara untuk mencapainya.

Perangkat Keras dan Lunak Kuantum: Jalan Menuju Penggunaan Komersial

Perangkat baru yang dibuat oleh ilmuwan Caltech telah dalam proses pengembangan selama beberapa waktu sekarang.

Beberapa tahun yang lalu, dalam pekerjaan sebelumnya, tim menunjukkan bahwa suara, terutama fonon, yang merupakan partikel vibrasi individual mirip dengan cara foton adalah, dapat menyediakan cara mudah untuk menyimpan informasi kuantum.

Pada saat itu, grup Mirhosseini menunjukkan metode baru di laboratorium, di mana mereka mengeksplorasi fonon karena kemudahan relatif dalam membangun perangkat kecil yang dapat menyimpan gelombang mekanik ini.

Tim menguji perangkat dalam eksperimen yang tampaknya cocok untuk dipasangkan dengan qubit superkonduktor, karena mereka bekerja pada frekuensi GHz yang sangat tinggi.

Manusia mendengar dalam kisaran hertz hingga kilohertz (hingga ~20 kHz), sedangkan perangkat ini bekerja pada gigahertz (milyaran siklus per detik)—sekitar 50.000× lebih tinggi dalam frekuensi.

Perangkat yang diuji juga memiliki umur panjang dan berperforma baik pada suhu rendah yang diperlukan untuk mempertahankan keadaan kuantum dengan qubit superkonduktor.

Seperti yang dikatakan Mirhosseini pada saat itu, studi lain telah meneliti piezoelektrik, jenis material khusus, sebagai cara untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dalam aplikasi kuantum. Ia menambahkan:

“Material-material ini, bagaimanapun, cenderung menyebabkan kehilangan energi untuk gelombang listrik dan suara, dan kehilangan adalah pembunuh besar dalam dunia kuantum.”

Teknik baru yang dikembangkan oleh tim Caltech, di sisi lain, tidak bergantung pada sifat material tertentu dan, dengan demikian, sesuai dengan perangkat kuantum berbasis mikrogelombang yang sudah ada.

Membangun perangkat penyimpanan yang efektif dengan ukuran kompak adalah tantangan lain bagi mereka yang mengeksplorasi aplikasi kuantum.

Tantangan juga diatasi oleh metode baru, yang “memungkinkan penyimpanan informasi kuantum dari sirkuit listrik untuk durasi dua tingkat besaran lebih lama dari perangkat mekanik kompak lainnya,” kata penulis utama studi Bozkurt, yang merupakan mahasiswa pascasarjana di grup Mirhosseini.

Sementara platform gelombang suara Caltech menjanjikan, itu hanya satu bagian dari upaya penelitian yang jauh lebih besar yang sedang berlangsung di seluruh dunia di berbagai lembaga. Ilmuwan menguji metode yang beragam untuk mengatasi tantangan dengan komputer kuantum. 

Misalnya, peneliti dari Universitas California Selatan telah berpaling ^{ke matematika}.Mereka menggunakan neglectons untuk memecahkan beberapa masalah dengan qubit topologi. Kelas partikel teoretis ini, yang dinamai seperti itu karena mereka diperoleh dari teori matematika yang diabaikan mat, bisa membuka jalur baru menuju merealisasikan komputer kuantum topologi universal secara eksperimental.

“Tujuan saya adalah membuat kasus yang sangat kuat kepada peneliti lain bahwa kerangka nonsemisimple tidak hanya valid tetapi juga pendekatan yang menarik untuk memahami teori kuantum dengan lebih baik.”

– Co-penulis Aaron Lauda

Sementara itu, dalam pendekatan lain, para ilmuwan mengontrol cahaya yang dipancarkan oleh titik kuantum, yang dapat menghasilkan teknologi kuantum yang lebih murah, lebih cepat, dan tentu saja lebih praktis.
Untuk itu, kolaborasi penelitian menemukan metode baru³ yang bergantung pada eksitasi dua-foton terstimulasi, memungkinkan titik kuantum untuk memancarkan aliran foton dalam keadaan polarisasi yang berbeda tanpa memerlukan perangkat keras switching elektronik. Ketika diuji, para peneliti dapat menghasilkan keadaan dua-foton yang sangat baik sambil mempertahankan sifat foton tunggal yang luar biasa.

“Apa yang membuat pendekatan ini sangat elegan adalah bahwa kita telah memindahkan kompleksitas dari komponen elektronik yang mahal dan merugikan setelah emisi foton tunggal ke tahap eksitasi optik, dan ini adalah langkah besar menuju membuat sumber titik kuantum lebih praktis untuk aplikasi dunia nyata.”

– Peneliti utama, Vikas Remesh

Kemudian ada tim dari The Grainger College of Engineering di University of Illinois Urbana-Champaign, yang telah mempresentasikan desain modular berkinerja tinggi⁴ untuk prosesor kuantum superkonduktor dengan ~99% fidelitas.
Arsitektur modular, tidak seperti desain monolitik yang kaku, menawarkan skalabilitas yang lebih besar, perbaikan yang lebih mudah, dan ketahanan terhadap inkonsistensi.
Sementara sebagian besar upaya jelas terus fokus pada bagian perangkat keras komputer kuantum, pergeseran sekarang sedang terlihat menuju perangkat lunak karena orang percaya bahwa teknologi tersebut “di ambang menjadi layak secara komersial,” dan dengan demikian memerlukan sesuatu yang berguna untuk dilakukan dengan mereka.
Dalam kaitannya dengan itu, perusahaan algoritma kuantum Phasecraft mengumpulkan $34 juta dari beberapa pendukung, termasuk perusahaan investasi yang terkait dengan raksasa farmasi Denmark Novo Nordisk (NVO ).Algoritma Phasecraft, CEO-nya, Ashley Montanaro, percaya, akan dapat menjalankan perhitungan “secara ilmiah penting” pada “musim semi depan,” dan beberapa aplikasi yang berguna secara komersial mungkin tersedia “dalam beberapa tahun ke depan.”

Saat ini, ada minat yang tumbuh terhadap algoritma. Baru-baru ini, seorang peneliti di Google mengklaim telah merancang pengurangan 20 kali lipat dalam skala komputer kuantum yang diperlukan untuk menjalankan algoritma Shor, yang dapat digunakan untuk mengalahkan bentuk enkripsi yang paling banyak digunakan saat ini. 

Sebagai tanggapan, pengembang Hunter Beast telah memperkenalkan BIP 360 dalam upaya untuk membuat Bitcoin (BTC) tahan terhadap komputasi kuantum.

Sementara itu, perusahaan komputasi kuantum Norma memvalidasi kinerja algoritma AI kuantumnya untuk pengembangan obat menggunakan NVIDIA (NVDA ) CUDA-Q, mengamati kecepatan komputasi sekitar 73 kali lebih cepat.

Investasi di Komputasi Kuantum

Banyak nama besar melakukan penelitian di komputasi kuantum superkonduktor, dan itu termasuk IBM (IBM ), Intel (INTC ), dan banyak lagi. Tapi hari ini, kita akan melihat ke dalam Honeywell International (HON ), yang sangat terlibat dalam komputasi kuantum melalui saham mayoritasnya di Quantinuum. 

Quantinuum, Sebuah Honeywell International (HON ) Perusahaan

Quantinuum adalah perusahaan komputasi kuantum yang dibentuk pada 2021 oleh merger antara Cambridge Quantum dan Honeywell Quantum Solutions. Untuk mempercepat pengembangan komputer kuantum yang tahan kesalahan, mereka telah mendapatkan pendanaan dari investor seperti JPMorgan Chase.
Tahun lalu, mereka menunjukkan qubit logis paling andal dalam catatan. Quantinuum menerapkan sistem virtualisasi qubit Microsoft, dengan diagnosa kesalahan dan koreksi, ke perangkat keras ion-trap untuk menjalankan lebih dari 14.000 eksperimen individual tanpa kesalahan. 
Bulan lalu, Quantinuum meluncurkan dua komponen perangkat lunak sumber terbuka baru, termasuk Guppy, bahasa yang dihosting di dalam Python, yang digambarkan oleh CEO-nya, Rajeeb Hazra, sebagai “pergeseran paradigma bagi pengembang,” dan emulator yang disebut Selene, yang merupakan “kembar digital” yang meniru perilaku kuantum untuk pengembang menguji dan memecahkan kode mereka.
Platform full-stack baru ini datang dalam persiapan untuk peluncuran komputer kuantum next-gen Quantinuum, Helios.
Jadi, perusahaan ini sedang mengejar kemajuan dalam perangkat keras dan perangkat lunak kuantum dengan penelitian dan kegiatan komersial yang menargetkan AI, keamanan siber, simulasi kimia, dan aplikasi lainnya.
Melalui Quantinuum, Honeywell telah memajukan komputer kuantum trapped-ion, yang menggunakan ion yang terperangkap secara elektromagnetik sebagai qubit untuk komputasi dengan keandalan tinggi, kepada pelanggan di berbagai sektor, termasuk perawatan kesehatan, keuangan, dan utilitas.Perusahaan operasi terintegrasi ini terutama terlibat dalam tiga megatrend, yaitu otomatisasi, penerbangan, dan transisi energi. Sementara itu, perusahaan ini melayani melalui beberapa segmen kunci:

• Teknologi Aeroangkasa
• Otomasi Industri
• Otomasi Bangunan dan Energi
• Solusi Keberlanjutan

Dengan kapitalisasi pasar sebesar $139,36 miliar, saham HON, pada saat penulisan, diperdagangkan pada $218,40, turun 2,83% YTD. Perusahaan ini memiliki EPS (TTM) sebesar 8,79 dan P/E (TTM) sebesar 24,96. Selain itu, yield dividen adalah 2,06%.

Mengenai keuangan, Honeywell melaporkan penjualan sebesar $10,4 miliar untuk kuartal kedua tahun 2025. Laba per saham adalah $2,45, dan EPS yang disesuaikan adalah $2,75.

Selama periode ini, perusahaan menyelesaikan penjualan bisnis PPE senilai $1,3 miliar, menutup akuisisi Sundyne senilai $2,2 miliar, dan mengumumkan akuisisi senilai £1,8 miliar atas Bisnis Teknologi Katalis Johnson Matthey. Perusahaan juga membeli kembali sahamnya senilai $1,7 miliar.

CEO Vimal Kapur menekankan pentingnya menghasilkan “hasil luar biasa” dengan pertumbuhan organik dan EPS yang disesuaikan melampaui panduan, meskipun kondisi makroekonomi yang tidak terduga.

“Dengan Otomasi Bangunan memimpin, tiga dari empat segmen tumbuh penjualan lebih dari 5% dalam kuartal ini, menunjukkan kekuatan sistem operasi Accelerator kami untuk beradaptasi dengan cepat dan menghasilkan pertumbuhan bahkan ketika kondisi bisnis berubah,” kata Kapur sambil menambahkan “hasil yang menjanjikan dari fokus kami yang meningkat pada inovasi produk baru, yang lebih lanjut mendukung pertumbuhan backlog rekor kami.”

Kesimpulan

Komputasi kuantum dapat mengarah pada kemajuan signifikan dalam AI, perawatan kesehatan, ilmu material, keamanan siber, dan industri lainnya. Namun, kemajuan teknologi ini tidak hanya bergantung pada kinerja kubit tetapi juga pada kemampuan untuk menyimpan informasi kuantum dengan andal.

Platform Caltech menawarkan rencana untuk mencapai hal itu. Dengan mengintegrasikan komputasi dan memori dalam satu chip, pengembangan baru ini membawa bidang ini lebih dekat ke aplikasi dunia nyata.

Klik di sini untuk daftar lima perusahaan komputasi kuantum terbaik.

Referensi:

1. Bozkurt, A. B., Golami, O., Yu, Y., Tian, H., & Mirhosseini, M. (2025). Memori kuantum mekanik untuk foton gelombang mikro. Fisika Alam, (publikasi online awal), diterbitkan 13 Agustus 2025. Diterima 10 Januari 2025; diterima 17 Juni 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-02975-w
2. Iulianelli, F., Kim, S., Sussan, J., et al. Komputasi kuantum universal menggunakan anyon Ising dari teori medan kuantum topologi non-semisimple. Komunikasi Alam, 16, 6408, diterbitkan 05 Agustus 2025. Diterima 13 Oktober 2024; diterima 18 Juni 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-61342-8
3. Karli, Y., Avila Arenas, I., Schimpf, C., et al. Generasi keadaan dua-foton yang dipisahkan secara pasif dari titik kuantum. npj Informasi Kuantum, 11, 139, diterbitkan 11 Agustus 2025. Diterima 10 April 2025; diterima 25 Juli 2025. https://doi.org/10.1038/s41534-025-01083-0
4. Mollenhauer, M., Irfan, A., Cao, X., et al. Jaringan elemen superkonduktor kuantum yang dapat dipertukarkan dengan efisiensi tinggi. Elektronika Alam, 8, 610–619, diterbitkan 27 Juni 2025 (tanggal edisi Juli 2025). Diterima 08 September 2024; diterima 23 Mei 2025. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01404-3