Komputasi

Bagaimana Pencetakan 3D Superkonduktif Meningkatkan Komputasi Kuantum

mm
Diterbitkan
Diperbarui
Securities.io maintains rigorous editorial standards and may receive compensation from reviewed links. We are not a registered investment adviser and this is not investment advice. Please view our affiliate disclosure.

Manufaktur Nanoskala: Membangun Masa Depan Atom demi Atom

As scientists developed an increasing mastery over the material world, more and more precision is expected from our manufacturing process. From crudely forging metal in forges, we are now controlling individual atoms to form advanced sensors, transistors, etc.

Seiring ilmuwan mengembangkan penguasaan yang semakin besar atas dunia material, semakin banyak presisi yang diharapkan dari proses manufaktur kita. Dari menempa logam secara kasar di bengkel, kini kami mengendalikan atom‑atom individu untuk membentuk sensor canggih, transistor, dll.

Konsekuensi lain dari tingkat kontrol yang semakin tinggi ini adalah kemungkinan mengubah secara fundamental sifat suatu material. Kami kini familiar dengan cara lapisan tipis silikon dapat ‘berpikir’ dengan mengubahnya menjadi chip komputer.

Perubahan lain juga memungkinkan, terutama memberikan material karakteristik alami yang tidak pernah mereka miliki secara spontan di alam. Salah satu cara melakukannya adalah dengan mengubah struktur mereka pada tingkat nanoskopik.

Ilmuwan di Max Planck Institute (Jerman), Institute for Emerging Electronic Technologies (Jerman), dan Universitas Wina (Austria) menemukan bahwa mereka dapat mengubah material menjadi superkonduktor dengan mengubah konfigurasi 3D‑nya, membangun nanostruktur kompleks.

Mereka mengumumkan penemuan mereka di Advanced Function Material1, dengan judul “Reconfigurable Three-Dimensional Superconducting Nanoarchitectures”.

Mengapa Nanostruktur 3D Penting untuk Mematahkan Batas Teknologi 2D

Banyak sistem nanoskopik dirancang sebagai lembaran 2D sederhana, memungkinkan ilmuwan memanipulasinya dengan tepat.

Namun, perpanjangan ke tiga dimensi menawarkan peluang untuk mengatasi keterbatasan fundamental dan mencapai fungsionalitas baru.

Sebagai contoh, batasan dalam miniaturisasi semikonduktor menyebabkan perangkat 2D tidak lagi mengikuti hukum Moore. Sebagai gantinya, industri beralih ke CMOS bertumpuk 3D untuk kepadatan perangkat dan interkonektivitas yang lebih tinggi.

Demikian pula, dalam optik, metamaterial 3D menawarkan kontrol baru atas sifat cahaya, seperti polarisasi broadband atau indeks bias negatif, masing‑masing dengan potensi aplikasi yang luas.

Hal yang sama kini berlaku untuk konduktor dan superkonduktor, dengan pembangunan proses yang bekerja seperti printer nano 3D, membangun struktur bukan pada permukaan datar melainkan dalam 3D.

Efek Kuantum dalam Struktur Superkonduktif 3D

Teori fisika partikel kuantum telah memprediksi bahwa struktur 3D akan berperilaku sangat berbeda dari yang 2D. Hal ini terutama berlaku untuk superkonduktor, material tanpa resistansi listrik, di mana struktur 3D diharapkan memungkinkan kontrol lokal atas vortex superkonduktif.

Penemuan jenis “vortex magnetik” ini dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 2003, yang menjadi terobosan penting dalam menjelaskan cara kerja superkonduktivitas.

Sumber: Nobel Prize

Strukturisasi 3D material superkonduktif juga harus menciptakan fenomena kuantum baru sepenuhnya (seperti “nodal state in a superconducting Möbius strip”) yang kemudian dapat digunakan peneliti untuk mengembangkan aplikasi praktis.

Bagaimana Ilmuwan Membangun Nanoprinter 3D untuk Superkonduktor

Para peneliti menggunakan 3D focused electron beam induced deposition (3D FEBID), metode yang dikenal untuk membangun nanostruktur 3D yang belum pernah digunakan untuk material superkonduktif hingga kini.

Mereka membangun struktur berbentuk piramida dengan 4 filamen nanoskopik yang saling mendukung. Struktur ini terbuat dari tungsten‑karbida superkonduktif (W‑C).

Mereka kemudian mengonfirmasi bahwa struktur tersebut menunjukkan transisi superkonduktif tajam pada sekitar 5 K (-268 °C / -450 °F).

Mereka kemudian mengukur bahwa vortex dapat merambat sepanjang struktur dalam gerakan 3D, dan menghasilkan transfer informasi serta tegangan jarak jauh. Struktur 3D juga mengendalikan bentuk vortex.

Superkonduktivitas Dapat Dikonfigurasi Ulang dengan Medan Magnetik

Dengan mengubah arah medan magnetik, karakteristik superkonduktif dapat secara praktis dihidupkan dan dimatikan sesuka hati, karena bentuk vortex.

Hal ini memungkinkan pembuatan struktur 3D superkonduktif penuh (SC), hanya setengah superkonduktif, atau sepenuhnya dengan resistansi listrik normal (N).

Kemungkinan menciptakan keadaan superkonduktivitas yang berbeda dalam struktur menjadi lebih menarik karena struktur 3D ini dapat dibangun berurutan dan dihubungkan bersama, menggunakan sistem yang disebut Josephson weak links.

“Kami menemukan bahwa memungkinkan untuk menyalakan dan mematikan keadaan superkonduktif di bagian‑bagian berbeda dari nanostruktur tiga‑dimensi, hanya dengan memutar struktur dalam medan magnetik.

Dengan cara ini, kami berhasil mewujudkan perangkat superkonduktif “dapat dikonfigurasi ulang”!

Claire Donnelly – Lise Meitner Pemimpin Grup di MPI-CPfS

Ini membuka jalan untuk membangun rakitan superkonduktif kompleks dari subkomponen individu, seperti jembatan gantung nanoskopik.

 

 

Bagaimana Superkonduktor 3D Dapat Merevolusi Sensor dan Chip Kuantum

Meskipun sangat mengesankan, pada awalnya mungkin agak tidak jelas bagaimana penguasaan pencetakan 3D nanoskopik material superkonduktif ini dapat digunakan untuk aplikasi dunia nyata.

Pertama, sudah diketahui bahwa Josephson weak links dapat digunakan untuk membuat sensor medan magnet ultra‑sensitif. Sebelumnya, sistem semacam itu harus diintegrasikan ke dalam desain film tipis 2D dan ditentukan sebelumnya. Dengan sistem yang dapat dikonfigurasi ulang ini, keunggulan inheren yang dibawa oleh struktur 3D adalah pengukuran yang jauh lebih tepat dan dapat dikendalikan dapat diterapkan.

Bidang lain yang diuntungkan adalah komputasi berbasis superkonduktor, termasuk neuromorfik hemat energi dan komputasi kuantum. Interkonektivitas dan kompleksitas yang meningkat yang ditawarkan oleh geometri 3D seharusnya membantu menciptakan chip komputasi yang lebih kompleks dan kuat untuk sistem‑sistem ini.

Pada akhirnya, hal ini dapat menjadi blok‑bangunan sambungan 3D multi‑terminal dan array terhubung dari weak link yang dapat dikonfigurasi ulang. Bersama‑sama, ini seharusnya mengubah secara radikal cara komputer kuantum dibuat, melampaui sistem 2D saat ini. Mereka juga akan jauh lebih fleksibel, karena perangkat kerasnya sendiri dapat dikonfigurasi ulang.

Berinvestasi dalam Solusi Superkonduktivitas

American Superconductor Corporation: Berinvestasi dalam Superkonduktivitas Dunia Nyata

(AMSC )

AMSC adalah perusahaan yang menyediakan solusi energi untuk jaringan listrik, kapal, dan energi angin. Secara umum, semakin banyak daya yang dibutuhkan atau semakin besar suatu sistem, semakin diperlukan teknologi superkonduktor untuk menghindari overheating.

Meskipun namanya, ASMC tidak hanya menyediakan sistem superkonduktor tetapi juga, misalnya, gear drivetrain untuk turbin angin.

Perusahaan ini didorong oleh beberapa faktor pertumbuhan, termasuk tren elektrifikasi dan digitalisasi (termasuk pusat data AI), relokasi kembali kapasitas manufaktur AS, dan kebutuhan Angkatan Laut negara‑negara Anglosfer untuk memodernisasi sebagai respons terhadap meningkatnya risiko geopolitik.

Di segmen pasokan daya, AMSC telah melihat peningkatan pesanan yang stabil. Hal ini didorong oleh pabrik semikonduktor yang ingin dilindungi dari fluktuasi jaringan listrik, membantu jaringan mengatasi sifat intermiten energi terbarukan, serta pasokan daya & kontrol di situs industri.

AMSC sebagian besar aktif dengan Electrical Control Systems (ECS) di segmen turbin angin. Secara historis, ESC merupakan segmen kuat bagi perusahaan dengan turbin angin 2 MW, namun secara bertahap menurun. AMSC menargetkan pemulihan berkat desain turbin 3 MW baru, dengan fokus khusus pada pasar India.

 

Untuk kapal militer, ASMC menyediakan “High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure” milik AMSC, sebuah sistem untuk mengubah tanda magnetik kapal guna melindungi mereka dari ranjau laut. Sistem ini dijual ke angkatan laut AS, Kanada, dan Inggris, dengan pesanan senilai $75 juta sejauh ini.

Secara keseluruhan, ASMC paling unggul dalam memanfaatkan teknologi superkonduktor pada aplikasi niche yang layak hari ini, sambil kemungkinan siap menerapkan kemajuan lebih lanjut di masa depan.

Investor juga harus mencatat bahwa saham ini telah mengalami volatilitas ekstrem di masa lalu, dan harus menghitung risikonya secara tepat.

Terbaru American Superconductor Corporation (AMSC) Berita Saham dan Perkembangan

Studi yang Dirujuk:

1. Jiang, S., Xu, Y., Wang, R. et al.Rekayasa fase kompleks secara struktural memungkinkan paduan Al yang toleran terhadap hidrogen. Nature641, 358–364 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08879-2

mm

Jonathan adalah seorang peneliti biokimia yang telah bekerja di bidang analisis genetik dan uji klinis. Sekarang, ia adalah seorang analis saham dan penulis keuangan dengan fokus pada inovasi, siklus pasar, dan geopolitik dalam publikasinya 'The Eurasian Century".