Dominasi Kuantum & Transistor Tiongkok

Para peneliti menemukan bahwa mengganti atom hidrogen biasa dengan isotop deuterium yang lebih berat dalam cacat kristal T center pada silikon secara signifikan meningkatkan efisiensi emisi foton tunggal. Temuan ini bertolak belakang dengan anggapan lama bahwa silikon tidak efisien untuk sumber cahaya kuantum. Mereka menggunakan silikon ultra-murni dan spektroskopi canggih pada suhu sangat rendah untuk mengamati efek isotop pada getaran ikatan C-H di dalam T center, menemukan bahwa deuterium menurunkan energi getaran dan menghambat peluruhan energi tanpa cahaya. Ini menghasilkan waktu hidup keadaan tereksitasi 5,4 kali lebih lama dan efisiensi hingga 98%. Penemuan ini membuka peluang bagi teknologi kuantum yang lebih efisien dan kompatibel dengan infrastruktur internet serat optik yang ada. Photonic Inc telah mulai mengadopsi teknologi ini dan studi lanjutan sedang dilakukan untuk memahami mode getaran dan dampaknya secara lebih komprehensif.

Para peneliti dari Fermilab dan MIT Lincoln Laboratory berhasil mengendalikan ion dalam perangkap ion dengan menggunakan elektronik kriogenik yang ditempatkan langsung di dalam ruang vakum. Elektronik ini beroperasi pada suhu sangat rendah untuk mengurangi kebisingan termal dan meningkatkan sensitivitas sistem. Hal ini merupakan langkah penting menuju komputer kuantum berbasis perangkap ion yang scalable. Kerja sama lintas lembaga DOE dan pusat riset nasional memungkinkan integrasi sirkuit kriogenik ultra-rendah daya yang dikembangkan Fermilab dengan platform perangkap ion milik MIT. Dengan mengganti kontrol elektronik di suhu ruang dengan chip yang berfungsi dalam lingkungan kriogenik, tim berhasil memindahkan dan mengontrol ion secara efektif. Teknologi ini menunjukkan kemampuan mengelola ribuan elektroda untuk sistem kuantum besar. Keberhasilan eksperimen ini membuka arah baru dalam pengembangan komputer kuantum besar dan efisien. Langkah berikutnya adalah menghubungkan elektronik kriogenik langsung dengan chip perangkap ion agar meningkatkan performa dan mengurangi kompleksitas sistem. Peluang pengembangan lebih lanjut dapat mempercepat masa depan komputer kuantum yang potensial dan revolusioner.

Para peneliti dari TU Wien dan China berhasil mengembangkan teknologi baru yang memungkinkan komputer kuantum bekerja menggunakan empat keadaan sekaligus, bukan hanya dua seperti pada komputer klasik. Hal ini dilakukan dengan menggunakan foton yang memiliki state kuantum berbeda berdasarkan bentuk gelombang spasialnya. Teknologi ini memanfaatkan orbital angular momentum dari foton, yaitu properti kuantum yang dapat memiliki banyak keadaan berbeda, berbeda dari yang biasanya digunakan yaitu polarisasi dengan hanya dua keadaan. Dengan cara ini, satu foton bisa membawa lebih banyak informasi sekaligus. Tim peneliti menciptakan sebuah gerbang logika kuantum yang dapat mengoperasikan dua foton dalam superposisi berbagai bentuk gelombang tersebut dan bisa menghubungkan atau memisahkan mereka secara terkontrol. Gerbang ini dinamakan controlled phase-flip gate yang telah diuji secara eksperimen. Teknologi ini juga dilengkapi dengan sistem phase-locking yang sangat presisi untuk memastikan performa gerbang tetap stabil dan akurat selama operasi, dengan tingkat kesetiaan proses mencapai angka antara 0,71 hingga 0,85, yang cukup tinggi untuk eksperimental quantum computing. Penemuan ini membuka kemungkinan yang lebih luas untuk pengembangan teknologi kuantum optik dengan kapasitas data yang lebih besar dan stabilitas lebih baik, serta aplikasi potensial yang bisa berkembang di berbagai bidang teknologi informasi dan komunikasi kuantum di masa depan.

Para peneliti di Peking University, Cina, berhasil mengembangkan transistor terkecil dan paling hemat energi yang dapat digunakan untuk chip kecerdasan buatan (AI) masa depan. Transistor ini disebut ferroelectric field-effect transistor (FeFET), yang menyimpan dan memproses data dalam satu unit, mirip dengan cara kerja otak manusia. Teknologi chip konvensional saat ini menggunakan silikon yang menyimpan data dan memprosesnya secara terpisah. Hal ini menyebabkan konsumsi energi tinggi dan panas berlebih saat memindahkan data. Dengan peningkatan kebutuhan AI yang memproses data jumlah besar, teknologi chip ini mulai menunjukkan keterbatasan signifikan. Perbedaan utama dari FeFET yang dikembangkan adalah penggunaan elektroda gerbang dengan ukuran satu nanometer, lebih kecil dari molekul DNA yang lebarnya sekitar dua nanometer. Desain ini memungkinkan pengoperasian pada tegangan hanya 0,6 volt, sehingga lebih hemat energi dibandingkan model FeFET sebelumnya yang memerlukan 1,5 volt. Transistor ini juga menawarkan kecepatan operasi yang sangat tinggi dengan waktu respons hanya 1,6 nanodetik. Ini akan memungkinkan chip AI melakukan komputasi lebih cepat dan efisien, sekaligus mengurangi penggunaan tenaga listrik secara signifikan. Pengembangan ini sudah dipatenkan oleh Peking University dan diperkirakan akan membawa perubahan besar di bidang pembuatan chip, termasuk kemungkinan menciptakan chip dengan node di bawah satu nanometer. Ini menjadi harapan agar data center masa depan dan perangkat AI bisa lebih hemat energi dan memiliki performa lebih tinggi.

Sekelompok ilmuwan internasional telah menemukan cara untuk mengendalikan efek Hall nonlinier, sebuah fenomena kuantum yang memungkinkan konversi sinyal listrik bolak-balik langsung menjadi arus searah tanpa perlu medan magnet. Ini bisa membawa perubahan besar dalam teknologi energi. Efek Hall adalah fenomena yang ditemukan pada 1879, saat arus listrik mengalir pada logam atau semikonduktor dengan medan magnet, menghasilkan tegangan melintang secara tegak lurus. Saat ini, efek ini banyak digunakan dalam berbagai sensor di kendaraan dan perangkat elektronik sehari-hari. Berbeda dengan efek Hall klasik, efek Hall nonlinier memungkinkan pengubahan sinyal listrik tanpa medan magnet dan komponen besar seperti dioda. Hal ini membuka kemungkinan perangkat yang dapat mengambil energi langsung dari lingkungan tanpa butuh baterai. Penelitian dilakukan pada material topologis khusus yang menjaga stabilitas efek ini hingga suhu kamar. Para peneliti mendapati bahwa pada suhu rendah, ketidaksempurnaan kecil dalam material mengontrol efek ini, sedangkan pada suhu tinggi, getaran kristal memainkan peran penting mengubah arah sinyal yang dihasilkan. Penemuan ini sangat berpotensi mendukung pengembangan sensor pintar yang beroperasi sendiri, teknologi wearable, hingga komponen cepat untuk komunikasi nirkabel masa depan yang lebih efisien dan ramah lingkungan.

Para ilmuwan China berhasil menciptakan transistor ferroelectric terkecil dan paling hemat energi di dunia. Transistor ini memiliki kemampuan unik karena dapat mengintegrasikan memori dan pemrosesan data dalam satu unit, mirip dengan cara kerja neuron di otak manusia. Ini adalah terobosan besar yang diharapkan bisa mempercepat perkembangan hardware kecerdasan buatan. Pada chip komputer konvensional, penyimpanan data dan proses komputasi terjadi di tempat yang terpisah, sehingga menyebabkan keterlambatan karena data harus berpindah antara kedua area tersebut. Terobosan baru ini mengatasi masalah tersebut dengan menggabungkan fungsi tersebut dalam satu transistor, mengurangi waktu yang hilang pada transfer data. Penelitian ini dipimpin oleh Qiu Chenguang dan Peng Lianmao dari Peking University dan Chinese Academy of Sciences. Penemuan mereka dipublikasikan dalam jurnal ilmiah terkemuka, Science Advances, yang menandai relevansi dan keabsahan ilmiah dari hasil studi ini. Menurut para peneliti, kemampuan komputasi di dalam memori (in-memory computing) dari transistor ferroelectric ini sejalan dengan kebutuhan evolusi chip AI yang semakin menuntut efisiensi, kecepatan, dan integrasi proses dan memori secara maksimal. Industri teknologi menganggap ini sebagai kunci pengembangan AI dan komputasi neuromorfik di masa mendatang. Terobosan ini membuka peluang baru bagi pengembangan AI hardware yang lebih hemat energi dan berukuran sangat kecil, memungkinkan aplikasi yang lebih luas dan besar dalam berbagai teknologi seperti robotika, sistem cerdas, hingga perangkat mobile pintar. Ini bisa menjadi fondasi penting untuk generasi chip komputer berikutnya.

Para ilmuwan di Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, berhasil mengamati dan mengendalikan tahap prethermalisation dalam sistem kuantum menggunakan prosesor kuantum Chaung tzu 2.0 dengan 78 qubit. Tahap ini adalah fase sementara di mana sistem kuantum mempertahankan informasinya sebelum terjadinya decoherence secara penuh. Dalam komputasi kuantum, decoherence menjadi masalah utama karena menyebabkan qubit kehilangan data penting sehingga hasil komputasi tidak bisa disimpan atau diakses. Komputer klasik belum mampu menghitung atau memodelkan proses ini secara efisien karena kompleksitas ruang keadaan sistem kuantum yang sangat besar. Penelitian menggunakan Chaung tzu 2.0 menunjukkan bahwa selama prethermalisation, sistem kuantum bertahan dalam keadaan relatif stabil dan informasi yang tersimpan tidak langsung tersebar. Tahap ini mirip dengan ketika es mulai mencair tetapi suhu tetap stabil sebelum air berubah kondisi. Para peneliti juga berhasil mengatur durasi dan pola fase prethermalisation melalui kontrol khusus yang membuat mereka bisa memperpanjang atau mempersingkat periode ini sesuai kebutuhan. Pengendalian ini penting untuk menjaga informasi kuantum agar tetap utuh lebih lama. Penemuan ini membuka peluang besar dalam mengembangkan teknologi komputasi kuantum yang lebih andal, dengan potensi peningkatan masa koherensi qubit dan pengembangan metode koreksi kesalahan yang lebih efektif. Ini juga memperlihatkan kemampuan komputer kuantum mengatasi masalah yang tidak dapat diselesaikan komputer klasik.

Para ilmuwan di Tiongkok berhasil mengamati dan mengendalikan suatu fase sementara yang stabil dalam sistem kuantum menggunakan prosesor kuantum superkonduktor bernama ‘Chuang-tzu 2.0’ dengan 78 qubit. Fase ini dikenal sebagai prethermalisation dan merupakan tahap peralihan penting dalam evolusi sistem kuantum setelah terganggu. Jika sistem kuantum terganggu, energi dan informasi di dalamnya tersebar hingga merata, mirip seperti ayunan yang setelah digerakkan akan berhenti. Ini menimbulkan masalah besar dalam komputasi kuantum karena informasi yang berubah terlalu cepat akan sulit disimpan dan diakses kembali dengan akurat. Sebelumnya, asal usul dan durasi proses ini sulit diprediksi oleh komputer klasik karena kompleksitas sistem kuantum yang sangat tinggi. Namun dalam studi ini, para peneliti berhasil menemukan bahwa ada fase peralihan yang sementara dan relatif stabil sebelum sistem mencapai keseimbangan. Kemampuan untuk mengendalikan kecepatan evolusi kuantum ini sangat penting bagi pengembangan teknologi kuantum. Dengan memanfaatkan kondisi prethermalisation, informasi kuantum dapat dipertahankan lebih lama, sehingga meningkatkan efektivitas komputasi dan pengolahan data kuantum. Penemuan ini bukan hanya membuka jalan untuk kemajuan teknologi kuantum, tetapi juga memberikan alat baru bagi para peneliti dalam mengelola dan memanipulasi sistem kuantum yang kompleks, yang sebelumnya sulit untuk dikendalikan secara presisi.

Peneliti di China telah berhasil mengamati dan mengontrol sebuah tahap sementara dalam sistem kuantum yang disebut prethermalisation menggunakan prosesor superconducting dengan 78 qubit bernama Chuang-tzu 2.0. Tahap ini terjadi sebelum sistem kuantum mengalami decoherence atau kehilangan informasi penting. Ketika sistem kuantum terganggu, biasanya ia akan cepat kembali ke keadaan seimbang dan membuat informasi sulit disimpan. Prethermalisation adalah fase transisi yang bertahan cukup lama dan dapat diatur, memberikan peneliti waktu untuk mengelola informasi kuantum tersebut. Eksperimen ini memungkinkan peneliti untuk mengatur kecepatan decoherence, yang selama ini sulit diprediksi dan dikendalikan, bahkan dengan bantuan komputer klasik. Hal ini sangat penting untuk pengembangan komputer kuantum di masa depan. Dengan mengendalikan fase prethermalisation, tantangan utama di komputasi kuantum yang berkaitan dengan kestabilan informasi perlahan bisa diatasi, membuka peluang baru dalam pengembangan teknologi kuantum yang lebih efisien dan dapat diandalkan. Penemuan ini merupakan langkah besar dalam riset kuantum yang dapat mempercepat kemajuan teknologi komputasi global dan memperluas kemampuan penyimpanan serta pemrosesan data kuantum dalam skala besar.