'Hasil ini telah lebih dari satu dekade dalam pembuatan': jutaan qubit pada prosesor kuantum tunggal sekarang mungkin setelah terobosan cryogenic
Ilmuwan telah mengembangkan jenis chip komputer baru yang menghilangkan hambatan utama untuk praktis komputer kuantum, memungkinkan untuk pertama kalinya menempatkan jutaan orang qubit dan sistem kontrol mereka pada perangkat yang sama.
Chip kontrol baru beroperasi pada suhu cryogenic yang dekat dengan nol absolut (Sekitar minus 459,67 derajat Fahrenheit, atau minus 273,15 derajat Celcius) dan, yang terpenting, dapat ditempatkan dekat qubit tanpa mengganggu keadaan kuantum mereka.
“Hasil ini telah lebih dari satu dekade dalam pembuatan, membangun pengetahuan untuk merancang sistem elektronik yang menghilangkan sejumlah kecil daya dan beroperasi di dekat nol absolut,” kata peneliti utama David ReillyProfesor di University of Sydney Nano Institute dan School of Physics, mengatakan dalam sebuah pernyataan.
Para ilmuwan menggambarkan hasilnya sebagai “bukti penting dari prinsip” untuk mengintegrasikan komponen kuantum dan klasik dalam chip yang sama – langkah besar menuju jenis prosesor praktis dan dapat diskalakan yang diperlukan untuk membuat komputasi kuantum menjadi kenyataan. Para peneliti menerbitkan temuan mereka 25 Juni di jurnal Nature.
Qubit adalah kuantum Setara dengan bit biner yang ditemukan di komputer klasik saat ini. Namun, di mana bit klasik dapat mewakili 0 atau 1, qubit dapat ada di “superposisi“Dari kedua negara. Hal ini memungkinkan komputer kuantum untuk melakukan beberapa perhitungan secara paralel, membuatnya mampu memecahkan masalah jauh di luar jangkauan komputer saat ini.
Putar qubit, jenis qubit yang mengkodekan informasi status putaran elektron, telah menggelitik minat para ilmuwan karena mereka bisa dibangun menggunakan Teknologi Logam-Oksida-Semikonduktor (CMOS) komplementer.
Ini adalah proses yang sama yang digunakan untuk membuat chip yang ditemukan di dalam smartphone dan PC modern. Secara teori, ini membuat spin qubit lebih mudah diproduksi pada skala saat masuk ke metode manufaktur normal.
Komputer kuantum lainnya menggunakan berbagai jenis qubit, termasuk superkonduktor, fotonik atau ion terperangkap qubit. Tetapi tidak seperti jenis lain ini, spin qubit dapat dibuat dalam skala besar menggunakan peralatan yang ada.
Namun, spin qubit perlu disimpan pada suhu di bawah 1 Kelvin (tepat di atas nol absolut) untuk mempertahankan “koherensi.” Ini adalah kemampuan qubit untuk mempertahankan superposisi dan belitan Seiring waktu, dan apa yang diperlukan untuk membuka kunci daya pemrosesan paralel yang membuat komputasi kuantum begitu menjanjikan. Spin qubit juga membutuhkan peralatan elektronik untuk mengukur dan mengontrol aktivitasnya.
“Ini akan membawa kita dari ranah komputer kuantum menjadi mesin laboratorium yang menarik ke tahap di mana kita dapat mulai menemukan masalah dunia nyata yang dapat diselesaikan oleh perangkat ini untuk kemanusiaan,” tambah Reilly.
Jalan menuju satu juta jutaan chip
Mengintegrasikan elektronik yang diperlukan untuk mengontrol dan mengukur spin qubit telah lama menimbulkan tantangan, karena bahkan sejumlah kecil panas atau gangguan listrik dapat mengganggu keadaan kuantum rapuh qubit.
Tetapi chip CMOS kustom baru ini dirancang untuk beroperasi di lingkungan kriogenik dan pada tingkat daya ultra-rendah, yang berarti dapat diintegrasikan ke dalam chip bersama qubit tanpa memperkenalkan kebisingan termal atau listrik yang sebaliknya akan mengganggu koherensi.
Dalam pengujian, para peneliti menjalankan operasi gerbang tunggal dan dua qubit dengan chip kontrol yang diposisikan kurang dari 1 milimeter (0,04 inci) dari qubit. Chip kontrol tidak memperkenalkan kebisingan listrik yang terukur dan tidak menyebabkan penurunan akurasi, stabilitas atau koherensi, kata para peneliti.
Selain itu, chip kontrol hanya mengkonsumsi 10 microwatts (0,00001 watt) secara total, dengan komponen analog – yang digunakan untuk mengontrol qubit dengan pulsa listrik – menggunakan 20 nanowatt (0,00000002 watt) per magertz.
“Ini memvalidasi harapan bahwa memang qubit dapat dikontrol pada skala dengan mengintegrasikan elektronik kompleks pada suhu cryogenic,” kata Reilly.
“Ini akan membawa kita dari ranah komputer kuantum menjadi mesin laboratorium yang menarik ke tahap di mana kita dapat mulai menemukan masalah dunia nyata yang dapat diselesaikan oleh perangkat ini untuk kemanusiaan,” tambahnya.
“Kami melihat banyak kegunaan yang beragam lebih lanjut untuk teknologi ini, yang mencakup sistem penginderaan jangka pendek ke pusat data di masa depan.”
Temuan ini dapat mendorong lebih banyak peneliti untuk mengeksplorasi kekuatan spin qubit.
“Sekarang kami telah menunjukkan bahwa kontrol Milli-Kelvin tidak menurunkan kinerja gerbang kuantum tunggal dan dua ubit, kami berharap banyak yang akan mengikuti petunjuk kami,” rekan penulis studi Kushal DasInsinyur Perangkat Keras Senior di Emergence Quantum dan seorang peneliti di University of Sydney yang merancang chip, mengatakan dalam pernyataannya.
“Untungnya bagi kami, ini tidak begitu mudah tetapi membutuhkan bertahun-tahun untuk membangun pengetahuan dan keahlian untuk merancang elektronik kriogenik rendah noise yang hanya membutuhkan daya kecil.”
