Kemajuan Kuantum dan Semikonduktor

Perkembangan chip semikonduktor kini menghadapi batas fisik dari material silicon yang telah lama dipakai. Hal ini menyebabkan para ilmuwan dan insinyur beralih mencari bahan baru yang dapat memenuhi kebutuhan teknologi modern yang lebih cepat dan hemat energi. Salah satu bahan yang paling menjanjikan adalah bahan dua dimensi (2D) seperti molybdenum disulfida atau MoS₂. Material ini hanya setebal atom sehingga menawarkan mobilitas pembawa muatan yang tinggi dan konsumsi daya yang rendah, sangat cocok untuk generasi chip baru. Namun, tantangan terbesar adalah bagaimana memproduksi bahan ini dalam jumlah besar dan dengan kualitas tinggi agar bisa digunakan secara luas dalam industri elektronik. Produksi skala besar yang tidak seragam selama ini menjadi hambatan komersialisasi ilmu ini. Baru-baru ini, tim peneliti dari Universitas Southeast dan Universitas Nanjing yang dipimpin oleh Wang Jinlan, Wang Xinran, dan Li Taotao mengumumkan teknik baru yang memungkinkan produksi wafer dari bahan 2D secara massal. Ini adalah kemajuan penting dalam teknologi semikonduktor. Penemuan ini membuka peluang bagi pembuatan chip yang lebih canggih dengan kemampuan tinggi di era pasca-Moore’s Law. Teknik baru ini dapat mempercepat pengembangan dan penerapan elektronik generasi berikutnya yang lebih efisien dan berperforma tinggi.

Ilmu komputer biasanya memahami masalah melalui transformasi input klasik menjadi output klasik, seperti mengalikan dua angka. Namun, beberapa masalah seperti faktorisasi prima sangat sulit diselesaikan secara klasik tapi lebih mudah dengan komputer kuantum. Henry Yuen, seorang ahli di bidang kompleksitas komputer kuantum, sedang mengembangkan teori baru yang bisa memetakan masalah dengan input dan output kuantum yang unik. Dalam teori kompleksitas tradisional, input dan output selalu berbentuk data klasik. Namun, ada masalah yang tidak bisa dijelaskan atau diselesaikan dengan cara itu, terutama yang melibatkan input atau output yang bersifat kuantum. Yuen dan tim sedang menyelidiki apakah teori komputasi kuantum ini berdiri sendiri dibandingkan dengan teori komputasi klasik yang ada. Salah satu tantangan utama adalah masalah unitary synthesis, yang bertanya apakah komputer klasik super canggih dapat melakukan transformasi keadaan kuantum apa pun. Masalah ini masih belum terpecahkan sepenuhnya dan menjadi pusat penelitian untuk memahami batas antara komputasi klasik dan kuantum. Yuen juga menghubungkan masalah kompleksitas kuantum dengan hasil teoretis seperti Uhlmann’s theorem, yang membicarakan bagaimana transformasi lokal pada partikel kuantum bisa berlangsung. Menariknya, masalah ini berhubungan dengan topik yang sangat tinggi tingkatannya, seperti dekode radiasi Hawking dari lubang hitam, yang awalnya tampak seperti masalah fisika teoretis. Latar belakang pribadi Yuen yang berasal dari keluarga pengungsi memberikan warna pada perjalanan risetnya, menunjukkan bagaimana pengalaman hidup bisa turut menginspirasi dedikasi untuk menjelajahi bidang yang sangat rumit dan teoretis seperti ini. Penelitiannya penting untuk masa depan kriptografi, komputasi, dan pemahaman fisika alam semesta.

Peneliti di Eropa mengajak ilmuwan nanoteknologi untuk mencoba mengulang sebuah studi penting dari tahun 2012 yang menyatakan bahwa partikel nano kecil yang disebut quantum dots bisa digunakan sebagai biosensor di dalam sel hidup. Studi ini memiliki potensi besar dalam bidang medis, terutama karena dapat mendeteksi kadar tembaga yang berlebihan, yang terkait dengan penyakit serius seperti kanker dan gangguan neurodegeneratif. Sayangnya, tim dari Sorbonne Paris North University yang dipimpin oleh Raphaël Lévy gagal mengulangi hasil studi tersebut, dimana fluoresensi yang seharusnya berkurang ketika kadar tembaga bertambah, ternyata tetap sama. Hal ini menimbulkan keraguan dan kebutuhan mendesak untuk mengkaji ulang temuan tersebut agar tidak menjadi informasi yang salah di dunia ilmiah. Salah satu penyebab sulitnya reproduksi eksperimen ini adalah sensitivitas tinggi dari reaksi kimia dalam pembuatan quantum dots, yang bisa terpengaruh oleh perbedaan kecil dalam bahan kimia atau cara lab beroperasi di negara yang berbeda. Ini membuat penting adanya deskripsi protokol penelitian yang sangat rinci dan standar yang lebih ketat. Proyek NanoBubbles, yang berfokus pada koreksi diri dalam ilmu pengetahuan dan didanai dengan dana sebesar €8.000.000 dari European Research Council, berusaha mengatasi masalah literatur ilmiah yang tidak dapat direproduksi ini. Mereka mengharapkan lebih banyak ilmuwan nanoteknologi ikut serta dalam upaya memperjelas kebenaran ini. Krisis reproduksibilitas ini bukan hanya terjadi di bidang fisika dan kimia, tapi juga di psikologi dan ilmu sosial. Upaya semacam ini penting agar sains yang dipublikasikan benar-benar dapat dipercaya dan bermanfaat untuk pengembangan lebih lanjut di bidang-bidang penting seperti kesehatan dan teknologi.

You Chenglong adalah seorang fisikawan yang telah menghabiskan lebih dari 10 tahun bekerja di Amerika Serikat, khususnya di bidang penginderaan kuantum dan pengukuran presisi. Ia dikenal sebagai peneliti yang cepat naik daun di bidangnya dan berafiliasi dengan Louisiana State University di Baton Rouge. Baru-baru ini, You memutuskan untuk meninggalkan AS dan menerima posisi penuh waktu sebagai profesor di University of Electronic Science and Technology of China (UESTC) yang terletak di Chengdu, China. Langkah ini menjadi perhatian karena UESTC masuk dalam daftar kontrol ekspor pemerintah AS. UESTC sudah masuk dalam Entity List sejak 2012 karena keterlibatannya dalam penelitian teknologi terkait pertahanan, seperti radar dan peperangan elektronik. Pindahnya You ke universitas ini sangat signifikan mengingat bidang risetnya yang berkaitan dengan teknologi tinggi dan strategis. You memperoleh gelar PhD di bidang fisika dari Louisiana State University pada tahun 2019. Penelitiannya fokus pada bagaimana cahaya bisa digunakan untuk mendorong batas pengukuran hingga tingkat sangat presisi, yang bermanfaat untuk berbagai teknologi canggih seperti sensor navigasi ultra presisi dan deteksi gelombang gravitasi. Walaupun nama You belum muncul di daftar fakultas resmi UESTC, profil Google Scholar miliknya sudah menyebutkan afiliasi dengan universitas tersebut. Hal ini menandai adanya pergeseran penting yang mungkin membawa dampak besar pada riset kuantum di China dan memperketat persaingan teknologi antara AS dan China.

Para ilmuwan nuklir di China berhasil mengembangkan alat bernama POWER-750H yang berfungsi sebagai implanter ion hidrogen berenergi tinggi untuk membantu pembuatan chip komputer. Alat ini dapat mempercepat proses manufaktur semikonduktor dengan cara menanamkan ion pada wafer silikon, unsur penting dalam produksi chip. Sebelumnya, China sangat bergantung pada impor alat tersebut dari luar negeri, sehingga hal ini membatasi kemajuan dan kemandirian industri semikonduktornya. Selain itu, terdapat hambatan teknologi dan monopoli pasar yang membuat sulit bagi China untuk mendapatkan dan mengembangkan teknologi tersebut secara mandiri. China Institute of Atomic Energy menggabungkan pengetahuan luas mereka dalam fisika nuklir dan teknologi akselerator untuk mendesain dan memproduksi alat ini secara mandiri. Keberhasilan ini menunjukkan kemampuan China untuk menguasai teknologi tinggi yang sebelumnya didominasi oleh pemain internasional. Dengan alat ini, China bisa memperkuat rantai pasokan semikonduktor dalam negeri dan memperkokoh posisi sebagai produsen teknologi tinggi. Ini juga menjadi langkah penting dalam strategi nasional untuk meningkatkan ketahanan dan kemandirian teknologi, terutama di sektor yang sangat penting bagi perekonomian global seperti semikonduktor. Kemajuan ini berpotensi membuka jalan bagi inovasi lebih lanjut di bidang fabrikasi chip dan memperkuat industri teknologi China agar menjadi lebih tangguh menghadapi tantangan global. Dengan pengembangan teknologi kritis sendiri, China dapat mengurangi ketergantungan pada teknologi asing.