Bagaimana Silicon Spin Qubit merevolusi teknologi kuantum
Para peneliti memanfaatkan infrastruktur silikon yang mapan untuk merintis qubit donor untuk Komputasi kuantum.
Konsorsium EQUSPACE, kependekan yang memungkinkan perbatasan kuantum baru dengan akustik spin di silikon, telah mendapatkan € 3,2 juta dalam pendanaan dari program Open Pathfinder Dewan Inovasi Eropa (EIC). Dukungan ini bertujuan untuk mempercepat pengembangan teknologi kuantum berbasis silikon mutakhir. Proyek ini menyatukan lima mitra, termasuk Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), dari tiga negara Uni Eropa. Ini menyatukan para ahli yang berspesialisasi dalam qubit spin, optomekanik, dan modifikasi silikon atom untuk membuat platform kuantum berbasis silikon yang inovatif.
Silikon dalam komputasi kuantum
Silikon telah lama menjadi landasan komputer tradisional, tetapi saat ini memainkan peran terbatas dalam sebagian besar desain komputasi kuantum yang populer. Meskipun demikian, memanfaatkan infrastruktur silikon multi-miliar-miliaran yang sudah ditetapkan untuk teknologi semikonduktor bisa menjadi pengubah permainan untuk memproses qubit-unit mendasar dari informasi kuantum.
Para peneliti telah mengidentifikasi donor spin qubit sebagai kandidat yang menjanjikan untuk tujuan ini. Qubit ini bergantung pada putaran atom pengotor untuk mengkodekan dan memproses informasi. Tidak seperti sistem kuantum lainnya, donor spin qubit menawarkan stabilitas yang luar biasa, menjaga status kuantum mereka untuk waktu yang lama – suatu sifat penting untuk operasi komputasi kuantum.
Namun, donor spin qubit belum menjadi tulang punggung komputer kuantum komersial. Tantangannya terletak pada kurangnya mekanisme kopling dan pembacaan yang efektif, yang diperlukan untuk skala sistem ini untuk aplikasi praktis.
EQUSPACE: Inovasi Konektivitas Kuantum
EQUSPACE sekarang bertujuan untuk menciptakan masa depan jangka panjang untuk qubit spin donor berbasis silikon di Eropa. Platform ini berusaha menghubungkan qubit, yang didasarkan pada putaran atom kecil, melalui gelombang suara dalam struktur bergetar. Laser dan transistor elektron tunggal juga akan digunakan untuk membacakan hasil secara elektrik pada akhir perhitungan mekanik kuantum.
Proyek ini berupaya memberikan solusi yang dapat diskalakan untuk semua aspek penting dari platform kuantum: kontrol dan pembacaan hasil, kopling spin-spin antara qubit, dan transmisi informasi kuantum antara unit komputasi pada chip. Hasil akhir bisa menjadi platform informasi kuantum lengkap yang mencakup qubit, interkoneksi, dan kontrol yang dapat diskalakan dan elektronik pembacaan.
Bahan dan teknik canggih di HZDR
Sebuah tim dari Institute of Ion Beam Physics and Material Research di HZDR akan berkontribusi keahliannya dalam modifikasi atom silikon untuk aplikasi kuantum dan lebih lanjut mengembangkan metode sains material yang diperlukan sebagai dasar untuk proyek. Tim akan menggunakan sinar ion terfokus untuk memperkaya silikon ultra-murni secara lokal dengan silikon isotop-28. Dibandingkan dengan banyak bahan lain, silikon-28 memiliki keuntungan bahwa inti atomnya tidak memiliki putaran yang dapat berinteraksi dengan medan magnet atau putaran partikel lain dan dengan demikian mengganggu perhitungan.
“Melalui pengayaan yang ditargetkan dengan isotop khusus, keadaan kuantum tetap stabil untuk rentang waktu yang lebih lama. Ini memungkinkan operasi kuantum yang lebih kompleks, dan platform dengan demikian dapat mengungguli komputer klasik dan sistem komputer kuantum lainnya di masa depan, ”kata manajer proyek HZDR Dr. Nico Klingner.
Selain pemurnian isotop, tim sedang mengembangkan implantasi ion tunggal atom donor. Tujuannya adalah untuk menanamkan atom bismut individu yang putarannya membentuk sistem dua negara yang dapat mengarahkan “naik” atau “turun.” Fitur khusus dari qubit adalah bahwa pada suhu yang sangat rendah, kedua negara dapat ada secara bersamaan dalam superposisi: putaran dapat dalam kombinasi negara bagian “atas” dan “turun” pada saat yang sama. Ini memungkinkan komputer kuantum untuk melakukan banyak perhitungan secara paralel, yang secara drastis dapat meningkatkan daya komputasi mereka.
Salah satu keunggulan utama qubit spin donor adalah stabilitas relatifnya dibandingkan dengan jenis qubit lainnya, misalnya, yang didasarkan pada sirkuit superkonduktor. Putaran dalam donor atom kurang rentan terhadap gangguan dari lingkungan, sehingga keadaan kuantum dapat dipertahankan dalam periode waktu yang lebih lama. Stabilitas ini sangat penting untuk penskalaan komputer kuantum ke sejumlah besar qubit tanpa kehilangan koherensi atau ketepatan perhitungan. “Kontribusi ini dari HZDR, terutama di bidang pemurnian isotop, implantasi dan rekayasa regangan di semikonduktorsangat mendasar bagi keberhasilan proyek equspace, ”kata Profesor Juha Muhonen, koordinator proyek.
Ambisi kuantum global di Eropa
Konsorsium Equspace termasuk para peneliti dari University of Jyväskylä, Pusat Penelitian Teknis VTT Finlandia, HZDR, NWO Institute Amolf di Belanda dan permulaan Finlandia Semiqon Oy. Kolaborasi ini mencerminkan komitmen Eropa yang berkembang terhadap ras kuantum global. Ketika persaingan global meningkat, industri kuantum Eropa menghadapi tantangan besar dari persaingan dari negara -negara terkemuka seperti Amerika Serikat, Cina, Kanada, dan Australia.
“Pendekatan Equspace sangat penting untuk memastikan bahwa Eropa tetap kompetitif dalam bidang teknologi kuantum yang maju dengan cepat. Dengan dana ini, EqUSPace sedang membangun jaringan penelitian yang kuat di Eropa berdasarkan qubit spin donor – pengembangan yang akan memperkuat industri kuantum Eropa dalam jangka panjang, ”jelas Muhonen. Pendanaan ini merupakan bagian dari program pendanaan Horizon Eropa. Proyek ini, yang dipimpin oleh University of Jyväskylä, akan dimulai pada 1 Februari 2025.
