Inovasi dan Kolaborasi Komputasi Kuantum

Kagome metal adalah bahan dengan struktur kisi dua dimensi yang menarik, terdiri dari segitiga yang terhubung, yang memungkinkan pembentukan pita elektron datar. Pita ini penting karena bisa menciptakan pola gelombang elektron yang khusus, yang potensial untuk menghasilkan superkonduktivitas dan perilaku magnetik unik bila dipengaruhi oleh interaksi elektron yang kuat. Para peneliti dari Rice University bersama dengan rekan dari National Synchrotron Radiation Research Center melakukan studi mendalam terhadap material kagome berbasis kromium, CsCr₃Sb₅. Mereka menemukan bahwa pita elektron datar dalam material ini aktif dan berperan langsung dalam sifat superkonduktiv dan magnetiknya, sebuah fenomena yang sebelumnya hanya diprediksi secara teori. Penelitian ini menggunakan kristal CsCr₃Sb₅ yang sangat besar dan murni, yang memungkinkan pengukuran detail menggunakan teknik canggih seperti ARPES dan RIXS. Teknik ini mampu memetakan elektron dan menangkap eksitasi magnetik terkait dengan pita datar, memberikan gambaran lengkap mengenai efek geometri kisi kagome pada perilaku kuantum bahan. Hasil eksperimen dan analisis teori menunjukkan bahwa pita elektronik datar dalam CsCr₃Sb₅ bukan elemen pasif, melainkan aktif mempengaruhi dan mengendalikan sifat elektronik dan magnetik material. Model teori yang dibuat berhasil mereplikasi hasil observasi ini, memperkuat pemahaman tentang bagaimana korelasi elektron dan struktur laminasi bekerja bersama dalam bahan ini. Temuan ini membuka peluang baru untuk merekayasa superkonduktivitas yang tidak biasa dan material kuantum canggih lainnya melalui pengendalian kimia serta modifikasi struktur pada bahan kagome. Dengan pemahaman baru ini, penelitian tentang fenomena kuantum dan teknologi superkonduktor di masa depan diperkirakan akan semakin berkembang.

Para ilmuwan telah lama mencari bukti keberadaan partikel Majorana sebagai kuasipartikel yang tahan gangguan dan dapat digunakan untuk membentuk qubit dalam komputer kuantum. Tetapi keterbatasan data dan kesulitan eksperimen membuat klaim keberadaan Majorana selalu dipertanyakan dan penuh kontroversi. Pada 2018, tim yang dipimpin Charlie Marcus mengklaim berhasil mengamati tanda-tanda Majorana melalui eksperimen dengan nanowire indium arsenida berlapis aluminium yang dikenai medan magnet kecil. Hasilnya dipublikasikan di jurnal Science setelah melengkapi simulasi teoretis. Namun, dua fisikawan lain, Sergey Frolov dan Vincent Mourik, mempertanyakan validitas data dan meminta transparansi penuh. Setelah serangkaian permintaan data dan investigasi internal, Science memberi peringatan editorial pada makalah tersebut karena masalah data yang tidak lengkap. Investigasi independen yang dilakukan setahun penuh oleh panel ahli menyimpulkan tidak ada pelanggaran etik, tetapi mengkritik tim Copenhagen karena memilih data yang tidak merepresentasikan semua hasil. Mereka menyatakan data tambahan tidak meruntuhkan kesimpulan utama meski keberadaan Majorana dalam rentang lebih luas dipertanyakan. Frolov dan Mourik tetap tidak percaya dengan data tersebut, khususnya tentang rentang tunneling yang dianggap lebih luas daripada yang dilaporkan. Kontroversi ini menunjukkan betapa sulitnya membuktikan eksistensi Majorana secara meyakinkan, meskipun harapan untuk pengembangan komputer kuantum tahan gangguan masih tetap ada.

Para ilmuwan dari University of Science and Technology of China berhasil menciptakan sistem yang mampu mengatur lebih dari 2.000 atom rubidium sebagai unit dasar komputer kuantum yang disebut qubit. Ini merupakan lompatan besar dari sistem sebelumnya yang hanya bisa mengatur beberapa ratus atom. Penemuan ini didukung oleh penggunaan kecerdasan buatan yang membuat atom-atom tersebut dapat disusun dalam pola yang sangat presisi hanya dalam waktu 0,06 detik. Kecepatan dan ketepatan ini membuka peluang pengembangan komputer kuantum yang jauh lebih besar dan efisien. Atom-atom netral seperti rubidium dipilih karena lebih stabil dan mudah dikendalikan dalam jumlah besar dibandingkan dengan metode lain seperti menggunakan sirkuit superkonduktor atau ion terperangkap. Para peninjau dari jurnal Physical Review Letters menganggap temuan ini sebagai loncatan penting untuk efisiensi komputasi dan pengembangan teknis dalam fisika kuantum yang mengandalkan atom. Dengan kemampuan baru ini, di masa depan kita mungkin akan melihat komputer kuantum dengan skala ribuan hingga puluhan ribu qubit yang dapat melakukan perhitungan jauh lebih cepat dan akurat untuk berbagai aplikasi teknologi dan ilmiah.