Kapan Komputasi Kuantum Menjadi Praktik Nyata dan di Mana Posisi Kita Sekarang

Sifat qubit yang rapuh mengharuskan mereka beroperasi pada suhu yang sangat dingin (20 milikelvin, atau sekitar -273 derajat Celcius). Hal ini menciptakan tantangan untuk desain materi chip itu sendiri dan kontrol elektronik yang diperlukan untuk membuatnya bekerja.

Dalam upaya mewujudkan produksi chip kuantum dalam skala besar, salah satu produsen chip, Intel bekerja sama dengan QuTech, yang menghasilkan teknologi proses spin qubit silikon yang memungkinkan pembuatan lebih dari 10.000 array dengan beberapa spin qubit silikon pada satu wafer dengan yield lebih dari 95 persen.

Spin qubit sangat mirip dengan transistor dan dibangun berbasis teknologi proses 300mm dalam fab yang sama dengan chip pelengkap metal-oxide-semiconductor (CMOS) Intel. Riset bersama ini menggambarkan bahwa qubit mungkin pada akhirnya diproduksi bersama dengan chip konvensional di fasilitas manufaktur yang sama.

Spin qubit ini jauh lebih kecil tetapi memiliki waktu koherensi yang lebih lama dan dapat berfungsi pada suhu yang lebih tinggi dari qubit superkonduktor (1 kelvin/-272,15 derajat Celcius)— ini adalah keuntungan untuk skalabilitas.

Karakteristik ini secara drastis mengurangi kompleksitas sistem yang diperlukan untuk mengoperasikan chip karena kontrol elektronik dapat diintegrasikan lebih dekat ke prosesor.

Riset ini juga menyoroti kontrol koheren individual dua qubit dengan single-qubit fidelity* hingga 99,3 persen. Berbagai kemajuan ini menandakan potensi kontrol kriogenik dari sistem kuantum masa depan dan spin qubit silikon untuk bersatu dalam satu paket terintegrasi.

Menyederhanakan desain sistem untuk mempercepat waktu setup dan meningkatkan kinerja qubit

Tantangan penting lain dalam sistem kuantum saat ini adalah penggunaan elektronik suhu kamar dan banyak kabel koaksial yang diarahkan ke qubit chip di dalam sebuah dilution refrigerator** (pendingin dilusi). Pendekatan ini tidak memperbesar jumlah qubit karena form factor, biaya, konsumsi daya, dan beban termal ke pendingin.

Sangat penting untuk mengatasi tantangan ini dan secara radikal menyederhanakan kebutuhan berupa beberapa rak peralatan dan ribuan kabel yang masuk dan keluar dari pendingin untuk mengoperasikan sebuah mesin kuantum.

Intel mengganti instrumen-instrumen berukuran besar ini dengan sebuah system-on-a-chip (SoC) yang sangat terintegrasi dan chip kontrol komputasi kuantum kriogenik pertama yang menyederhanakan desain sistem. Pendekatan ini menggunakan teknik pemrosesan sinyal canggih untuk mempercepat waktu setup, meningkatkan kinerja qubit, dan memungkinkan tim engineering untuk meningkatkan sistem kuantum secara efisien ke jumlah qubit yang lebih besar.

Pendekatan skalabel full stack untuk komputasi kuantum

Karena komputasi kuantum adalah jenis komputasi yang sama sekali baru, ia memiliki cara yang sama sekali berbeda dalam menjalankan program yang memerlukan hardware, software, dan aplikasi-aplikasi baru yang dikembangkan secara khusus untuk sistem ini.

Ini berarti bahwa komputer kuantum memerlukan semua komponen baru di semua level stack***, mulai dari qubit control processor, kontrol elektronik, hingga perangkat qubit chip dan banyak lagi. Dan Intel berusaha mengembangkan semua komponen ini untuk full stack. Tantangannya adalah menyatukan semua komponen itu, yang mirip seperti membuat koreografi tarian kuantum.

Jelas, komputer kuantum tidak dimaksudkan untuk menggantikan infrastruktur komputasi klasik. Mereka dimaksudkan untuk memperluas kemampuannya. Pengembangan komputasi kuantum yang terus berlanjut bertujuan untuk memecahkan sejumlah tantangan paling sulit di dunia, yang membingungkan komputer klasik saat ini.

Tetapi jalan untuk membangun sistem komputer kuantum kompetitif yang bekerja pada tingkat komersial yang praktis akan membutuhkan ketekunan, kesabaran, dan kemitraan.