Para ilmuwan berhasil mengembangkan metode baru untuk membuat qubit superconducting dengan masa kohesi hingga 1,68 milidetik. Waktu kohesi ini tiga kali lebih panjang dibandingkan sistem paling mutakhir di laboratorium dan sekitar 15 kali lebih lama dari qubit yang digunakan oleh Google dan IBM.
Metode baru ini menggunakan tantalum, logam transisi langka yang ditumbuhkan atom demi atom di atas silikon. Pendekatan ini memungkinkan qubit menyimpan informasi lebih lama, meningkatkan potensi operasi komputasi kuantum yang lebih kuat.
Masa Kohesi Qubit dalam Komputasi Kuantum
Masa kohesi adalah kemampuan qubit mempertahankan keadaan gelombang kuantumnya selama mungkin. Ketika qubit mengalami decoherence, informasi yang tersimpan hilang dan proses komputasi terhenti. Menurut Andrew Houck, Dekan Teknik di Princeton dan salah satu peneliti utama, keterbatasan masa kohesi ini menjadi hambatan utama dalam pengembangan komputer kuantum yang praktis.
Dalam studi yang diterbitkan di jurnal Nature pada November, peneliti menjelaskan bahwa penggunaan tantalum sangat penting. Ketika didinginkan mendekati suhu nol mutlak, tantalum bersifat superconducting dengan hampir tanpa hambatan listrik. Ini memungkinkan sirkuit kuantum bekerja lebih cepat, namun kecepatan dan jumlah operasi tetap dibatasi oleh masa kohesi qubit.
Kelebihan Tantalum dalam Pembuatan Qubit
Tantalum unggul karena kemampuannya untuk dibersihkan dari kontaminan yang menyebabkan cacat dalam proses manufaktur. Cacat ini biasanya mempercepat decoherence qubit. Selain itu, sifat inert tantalum membuatnya tahan terhadap korosi dan perubahan molekuler, bahkan tidak menyerap asam saat terendam. Faktor-faktor ini menjadikan tantalum material ideal untuk qubit superconducting.
Sebelumnya, penelitian menggunakan sapphire sebagai substrat untuk lapisan dasar tantalum. Hasilnya, masa kohesi masih di bawah satu milidetik. Namun, tim dari Princeton berhasil mengganti substrat sapphire dengan silikon beresistensi tinggi yang dikembangkan secara khusus. Hasilnya, masa kohesi qubit melampaui batas sebelumnya hingga mencapai 1,68 milidetik pada sistem dengan 48 qubit.
Dampak Terhadap Quantum Processor Komersial
Desain qubit baru ini masih mirip dengan yang digunakan dalam prosesor kuantum superconducting milik Google dan IBM. Houck menyatakan bahwa jika komponen Princeton digabungkan ke dalam prosesor kuantum Google yang disebut Willow, performanya akan meningkat hingga 1.000 kali lipat.
Namun, perkembangan ini belum tentu langsung merubah industri komputasi kuantum secara luas. Tantangan utama masih terletak pada keterbatasan ketersediaan tantalum. Logam ini tergolong langka dan saat ini penambangan utamanya berfokus di wilayah Afrika.
Selain itu, qubit dengan masa kohesi tinggi ini masih harus diuji pada skala wafer yang lebih besar agar dapat diintegrasikan dengan komputer kuantum komersial yang digunakan saat ini.
Ringkasan Keunggulan dan Tantangan
- Penggunaan tantalum pada substrat silikon menghasilkan masa kohesi qubit 1,68 ms (tiga kali lipat dari standar laboratorium).
- Masa kohesi ini 15 kali lebih lama daripada qubit yang digunakan oleh Google dan IBM.
- Tantalum menawarkan ketahanan terhadap kontaminasi dan korosi.
- Integrasi dengan prosesor kuantum komersial meningkat secara signifikan, potensial naik 1.000 kali performa di prosesor Willow milik Google.
- Keterbatasan ketersediaan tantalum menjadi tantangan utama untuk produksi massal.
- Perlu uji lebih lanjut pada skala wafer yang lebih besar sebelum digunakan secara komersial.
Penemuan ini menjadi lompatan besar dalam pengembangan komputer kuantum yang lebih handal dan efisien. Peningkatan masa kohesi qubit membuka peluang untuk pemrosesan kuantum lebih kompleks dan lebih lama. Namun, langkah berikutnya adalah memastikan produksi dan integrasi teknologi ini dapat berjalan secara luas dan konsisten di industri.
