Sebuah hambatan besar yang selama ini membatasi skala komputer kuantum kini diklaim teratasi lewat terobosan manufaktur dari MIT Lincoln Laboratory. Tim peneliti di sana merancang kabel ribbon fleksibel berdensitas tinggi yang dapat bekerja pada suhu mendekati nol mutlak, lalu teknologi itu langsung dilisensikan ke produsen infrastruktur kuantum komersial Maybell Quantum.
Masalah utamanya ada pada kebutuhan sistem kuantum superkonduktor untuk mengirim ribuan sinyal microwave berkecepatan tinggi dari komputer suhu ruang ke chip pemroses yang sangat rapuh. Semua jalur input-output itu harus melewati dilution refrigerator, yaitu kriostat khusus yang menjaga inti sistem pada suhu lebih rendah dari ruang angkasa dalam.
Mengapa kabel lama menjadi penghambat
Selama ini, rig komputasi kuantum mengandalkan bundel kabel koaksial semi-kaku untuk menghubungkan perangkat kendali hangat dengan prosesor kuantum dingin. Pendekatan itu masih memadai untuk prototipe kecil dengan sekitar sepuluh atau dua puluh qubit, tetapi menjadi masalah besar saat sistem harus naik ke ribuan qubit.
Masalah pertama adalah ruang fisik. Kabel koaksial berbentuk bulat dan kaku memakan volume besar, sehingga cepat memenuhi ruang terbatas di dalam ruang kriostat laboratorium.
Masalah kedua lebih sulit diatasi karena menyangkut termodinamika. Logam seperti tembaga memang menghantarkan listrik dengan baik, tetapi juga sangat efektif membawa panas.
Akibatnya, bundel kabel koaksial berubah menjadi kebocoran termal kecil yang menyalurkan panas dari suhu ruang ke tahap paling dingin di dalam kriostat. Aliran panas ini dapat melampaui kemampuan pendinginan sub-Kelvin yang sangat sensitif, lalu mengganggu kestabilan sistem dan merusak keadaan kuantum yang rapuh.
Desain ribbon yang lebih tipis dan lentur
Untuk mengatasi batasan itu, tim MIT Lincoln Laboratory meninggalkan geometri koaksial yang bulat dan kaku. Mereka memilih stripline ribbon ultra-rendah dan fleksibel dengan kepadatan tinggi.
Bentuk datarnya memungkinkan lebih banyak saluran sinyal dikemas dalam ruang yang jauh lebih kecil dibanding bundel koaksial konvensional. Hasilnya, kapasitas I/O sistem kuantum meningkat tanpa menuntut perluasan ukuran infrastruktur secara drastis.
Lapisan material pada kabel ribbon ini juga dirancang sebagai penghalang termal yang efektif di antara tahap-tahap suhu bertingkat di dalam refrigerator. Kabel itu menahan panas suhu ruang agar tidak merambat turun melalui jalur kabel.
Fleksibilitasnya menjadi nilai tambah lain. Saat dilution refrigerator turun ke suhu operasional, rangka logam di dalamnya menyusut secara ekstrem, dan kabel rigid sering retak atau bergeser dari posisi semula.
Kabel ribbon baru tersebut dapat mengikuti pergerakan itu dengan lentur. Dengan begitu, kabel tidak mudah rusak dan kualitas sinyal tetap terjaga saat sistem mendingin.
Siap dipakai dalam manufaktur skala besar
Keunggulan lain dari teknologi ini adalah kesesuaiannya dengan proses manufaktur industri bervolume tinggi. Banyak solusi perangkat keras kuantum eksperimental lain bergantung pada proses fabrikasi mahal dan khusus yang sulit diulang dalam skala besar.
Dengan lisensi ke Maybell Quantum, arsitektur kabel ini mulai dipakai untuk memperbarui kerangka kerja dilution refrigerator komersial. Integrasi itu ditujukan untuk menghadirkan tata letak kabel yang hemat ruang, andal, dan mudah diproduksi massal.
Bagi pengembang komputer kuantum, dampaknya penting karena memungkinkan peningkatan jumlah qubit fisik dalam jejak laboratorium yang sama. Pergeseran dari kabel tembaga kaku berukuran besar ke ribbon kompak dan terisolasi memberi ruang baru bagi sistem kuantum untuk melaju menuju komputer super yang lebih praktis dan toleran terhadap gangguan.
