Teknologi Qubit Revolusioner Membuka Jalan bagi Komputer Kuantum Praktis
Para peneliti maju dalam komputasi kuantum dengan mengembangkan qubit berdasarkan putaran elektron dan lubang, dengan terobosan terbaru di Universitas Basel yang menunjukkan interaksi terkontrol antara qubit menggunakan putaran lubang. Kemajuan ini menunjukkan masa depan yang menjanjikan bagi komputer kuantum yang skalabel dan efisien menggunakan teknologi silikon yang ada.
Kemajuan teknologi qubit di Universitas Basel menjanjikan skalabilitas komputasi kuantummenggunakan putaran elektron dan lubang untuk mencapai kontrol dan interaksi qubit yang tepat.
Perjuangan untuk menciptakan komputer kuantum praktis sedang berjalan lancar, dengan para peneliti di seluruh dunia mengeksplorasi beragam teknologi qubit. Meskipun ada upaya ekstensif, masih belum ada konsensus mengenai jenis qubit mana yang paling memaksimalkan potensi ilmu informasi kuantum.
Qubit adalah dasar dari komputer kuantum. Mereka bertanggung jawab untuk memproses, mentransfer, dan menyimpan information. Qubit yang efektif harus menyimpan dan memproses informasi dengan cepat. Hal ini memerlukan interaksi yang stabil dan cepat di antara sejumlah besar qubit yang dapat dikontrol secara akurat oleh sistem eksternal.
Komputer kuantum tercanggih saat ini hanya memiliki beberapa ratus qubit. Hal ini membatasi mereka untuk melakukan penghitungan yang sudah mampu dilakukan oleh komputer konvensional dan seringkali dapat dilakukan dengan lebih efisien. Agar komputasi kuantum dapat maju, para peneliti harus menemukan cara untuk mengakomodasi jutaan qubit dalam satu chip.
Elektron dan Lubang
Untuk memecahkan masalah penyusunan dan menghubungkan ribuan qubit, para peneliti di Universitas Basel dan NCCR SPIN mengandalkan jenis qubit yang menggunakan putaran (momentum sudut intrinsik) sebuah elektron atau lubang. Lubang pada dasarnya adalah elektron yang hilang dalam semikonduktor. Baik lubang maupun elektron memiliki putaran, yang dapat mengadopsi salah satu dari dua keadaan: atas atau bawah, analog dengan 0 dan 1 dalam bit klasik. Dibandingkan dengan putaran elektron, putaran lubang memiliki keuntungan karena dapat dikontrol sepenuhnya secara elektrik tanpa memerlukan komponen tambahan seperti mikromagnet pada chip.
Dua qubit putaran lubang yang berinteraksi. Ketika sebuah lubang (magenta/kuning) bergerak dari satu tempat ke tempat lain, putarannya (panah) berputar karena apa yang disebut kopling spin-orbit, yang menyebabkan interaksi anisotropik yang digambarkan oleh gelembung di sekitarnya. Kredit: NCCR SPIN
Pada tahun 2022, fisikawan Basel menunjukkan bahwa lubang berputar pada perangkat elektronik yang ada dapat dijebak dan digunakan sebagai qubit. “FinFET” (transistor efek medan sirip) ini dibangun pada ponsel pintar fashionable dan diproduksi dalam proses industri yang tersebar luas. Kini, tim yang dipimpin oleh Dr. Andreas Kuhlmann untuk pertama kalinya berhasil mencapai interaksi terkendali antara dua qubit dalam pengaturan ini.
Spin-Flip Terkendali Cepat dan Tepat
Komputer kuantum membutuhkan “gerbang kuantum” untuk melakukan perhitungan. Ini mewakili operasi yang memanipulasi qubit dan memasangkannya satu sama lain. Seperti yang dilaporkan para peneliti di jurnal tersebut Fisika Alam, mereka mampu memasangkan dua qubit dan menghasilkan putaran terkontrol pada salah satu putarannya, bergantung pada keadaan putaran lainnya – yang dikenal sebagai putaran putaran terkontrol. “Putaran lubang memungkinkan kami membuat gerbang dua qubit yang cepat dan fidelitas tinggi. Prinsip ini sekarang juga memungkinkan untuk memasangkan pasangan qubit dalam jumlah yang lebih besar,” kata Kuhlmann.
Penggandengan dua spin qubit didasarkan pada interaksi pertukarannya, yang terjadi antara dua partikel yang tidak dapat dibedakan yang berinteraksi satu sama lain secara elektrostatis. Anehnya, pertukaran energi lubang tidak hanya dapat dikontrol secara elektrik tetapi juga sangat anisotropik. Hal ini merupakan konsekuensi dari kopling spin-orbit, yang berarti bahwa keadaan putaran suatu lubang dipengaruhi oleh gerakannya melalui ruang.
Untuk menggambarkan pengamatan ini dalam sebuah mannequin, fisikawan eksperimental dan teoretis di Universitas Basel dan NCCR SPIN menggabungkan gaya. “Anisotropi memungkinkan gerbang dua qubit tanpa pertukaran antara kecepatan dan ketepatan,” kata Kuhlmann. “Qubit berdasarkan gap spin tidak hanya memanfaatkan fabrikasi chip silikon yang telah teruji, namun juga sangat terukur dan telah terbukti cepat dan tangguh dalam eksperimen.” Studi ini menggarisbawahi bahwa pendekatan ini memiliki peluang besar dalam perlombaan mengembangkan komputer kuantum skala besar.
Referensi: “Interaksi pertukaran anisotropik dari dua qubit putaran lubang” oleh Simon Geyer, Bence Hetényi, Stefano Bosco, Leon C. Camenzind, Rafael S. Eggli, Andreas Fuhrer, Daniel Loss, Richard J. Warburton, Dominik M. Zumbühl dan Andreas V.Kuhlmann, 6 Mei 2024, Fisika Alam.
DOI: 10.1038/s41567-024-02481-5
