Para ilmuwan mengatakan mereka telah mencapai “titik perubahan kritis” setelah mengembangkan teknologi yang membuat prosesor kuantum berbasis silikon lebih dapat digunakan.
Perusahaan komputasi kuantum Equal1 telah menciptakan unit pemrosesan kuantum (QPU) yang dapat dibangun menggunakan proses manufaktur semikonduktor konvensional. Hal ini meniadakan kompleksitas dan biaya yang biasanya terkait dengan produksi prosesor kuantum menggunakan bahan eksotik atau teknik rumit.
Perusahaan juga telah mengembangkan apa yang oleh perwakilan disebut sebagai “chip pengontrol kuantum paling kompleks yang dikembangkan hingga saat ini.” Teknologi ini dapat beroperasi pada suhu yang sangat rendah dan membuka jalan bagi jutaan qubit dalam satu chip – yang berarti teknologi ini dapat menangani sejumlah besar informasi kuantum secara bersamaan sekaligus menjaganya tetap stabil dan akurat untuk perhitungan.
Sebaliknya, chip kuantum paling kuat saat ini hanya menampung ribuan qubit dan dibuat dengan superkonduktor, semuanya memerlukan pendinginan hingga mendekati nol mutlak untuk melakukan komputasi kuantum.
Jika digabungkan, teknologi baru ini “membuka jalan bagi fase berikutnya komputasi kuantum dan menunjukkan cara tercepat untuk melakukan penskalaan adalah dengan memanfaatkan infrastruktur silikon yang ada,” kata perwakilan Equal1 dalam a penyataan.
Ketidakpraktisan kuantum
Membangun chip kuantum adalah proses yang sangat sulit dan mahal. Tidak seperti chip komputer biasa, yang mengandalkan bit biner untuk memproses informasi sebagai 1 atau 0, chip kuantum digunakan qubityang didasarkan pada prinsip-prinsip mekanika kuantum.
Qubit memiliki sifat khusus yang memungkinkan mereka berada di beberapa keadaan secara bersamaan — sebuah fenomena yang disebut superposisi — dan bekerja sama dengan cara yang tidak dapat dilakukan oleh bit tradisional melalui proses yang disebut belitan. Pemrosesan paralel yang dihasilkan memungkinkan komputer kuantum memecahkan masalah yang jauh melampaui kemampuan sistem klasik.
Namun, qubit sangatlah rapuh. Mereka hanya bekerja ketika mereka berada dalam keadaan koherensi, yang berarti mereka mempertahankan keadaan kuantum mereka cukup lama untuk melakukan perhitungan. Koherensi mudah terganggu oleh faktor lingkungan seperti perubahan suhu atau kebisingan elektromagnetik — oleh karena itu diperlukan suhu yang sangat rendah untuk menghindari interferensi.
Terkait: Akankah kita memiliki laptop kuantum?
Biasanya, chip kuantum juga dibuat menggunakan bahan eksotik atau dibuat khusus seperti logam superkonduktor, yang memerlukan proses manufaktur yang mahal dan rumit. Inovasi Equal1 adalah penggunaan silikon — salah satu bahan yang paling melimpah dan banyak digunakan di industri semikonduktor.
Silikon menyediakan lingkungan yang stabil untuk qubit, terutama bila menggunakan campuran material yang disebut silikon germanium (SiGe). Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan 2 Desember ke database pracetak arXivilmuwan Equal1 menjelaskan bahwa SiGe menggabungkan stabilitas silikon dengan kemampuan germanium untuk meningkatkan kinerja elektronik, sehingga cocok untuk aplikasi kuantum. Lebih penting lagi, chip SiGe dapat diproduksi menggunakan proses dan pabrik yang sama yang telah digunakan untuk memproduksi chip komputer tradisional, sehingga berpotensi membuat prosesor kuantum. lebih murah dan lebih mudah untuk diukur.
Perwakilan Equal1 mengatakan susunan 6-qubit SiGe – yang merupakan bagian dari chip tempat qubit dibuat dan dikendalikan – telah mencapai terobosan dalam dua bidang utama: ketepatan operasi gerbang kuantum dan kecepatan pelaksanaan operasi tersebut.
Secara khusus, chip tersebut menunjukkan fidelitas gerbang qubit tunggal sebesar 99,4% dengan kecepatan operasi 84 nanodetik dan fidelitas gerbang dua qubit sebesar 98,4% dengan kecepatan 72 nanodetik. Akurasi atau ketelitian yang tinggi dalam gerbang kuantum meminimalkan kesalahan dalam penghitungan, sementara kecepatan gerbang yang lebih cepat mengurangi risiko qubit kehilangan sifat kuantumnya selama pengoperasian. Faktor-faktor ini menentukan keakuratan perhitungan kuantum dan kemampuan qubit untuk mempertahankan status kuantumnya cukup lama untuk menyelesaikan operasi yang kompleks.
“Hasil ini menunjukkan manfaat besar dari qubit silikon – kemampuan untuk mencapai kinerja yang diperlukan untuk penskalaan di dua bidang utama – fidelitas dan kecepatan gerbang kuantum.” Nodar Samkharadze, kepala arsitek kuantum di Equal1, mengatakan dalam pernyataan itu.
Memutarnya
Untuk memastikan operasi kuantum yang andal, perangkat Equal1 menggunakan “spin qubit”. Putar qubit menyandikan informasi keadaan spin suatu elektron. Dalam studi mereka, para ilmuwan mengatakan spin qubit sangat cocok untuk diintegrasikan dengan silikon karena silikon menyediakan lingkungan yang stabil untuk spin elektron. Hal ini mengurangi risiko qubit kehilangan sifat kuantum halusnya karena gangguan dari lingkungannya.
Equal1 juga mengembangkan chip pengontrol kuantum yang menggunakan arsitektur multi-ubin; desain ini membagi sebuah chip menjadi beberapa ubin yang dapat beroperasi secara semi-independen. Arsitektur ini adalah kunci untuk menskalakan sistem kuantum karena memungkinkan fungsi kontrol didistribusikan ke seluruh chip, menghindari kemacetan yang dapat terjadi ketika mengandalkan satu unit pemrosesan.
Pengontrol beroperasi pada 300 miliklvin — suhu tepat di atasnya nol mutlak — yang memungkinkannya mengelola qubit secara efektif sambil mempertahankan kondisi yang diperlukan untuk koherensi. Perwakilan Equal1 mengatakan pengontrol tersebut juga dilengkapi teknologi koreksi kesalahan berbasis kecerdasan buatan (AI), memungkinkan penyesuaian waktu nyata yang menjaga stabilitas dan keakuratan operasi kuantum.
“Hari ini menandai titik perubahan kritis bagi Equal1 dan industri komputasi kuantum,” tambah Elena Blokhina, kepala bagian ilmiah perusahaan, dalam pernyataannya. “Equal1 selalu percaya bahwa silikon adalah kendaraan untuk menskalakan komputer kuantum dan hari ini, dengan hasil qubit dan chip kontrol yang terdepan di dunia, kami telah mengambil langkah besar menuju visi ini.”
