Memperbarui Pemrosesan Data dengan Komputasi Kuantum

Komputasi kuantum ini muncul dari teori ke sistem di dunia nyata.

Intel® Labs memproduksi prosesor kuantum di Oregon dan melakukan rekayasa tingkat sistem yang menargetkan komputasi kuantum di tingkat produksi dalam waktu sepuluh tahun.

Apa yang Dimaksud dengan Komputasi Kuantum

Pengkodean biner data sangat penting bagi komputasi, dengan bit yang berisi nol atau satu diwakili secara elektrik sebagai status “nyala” atau “mati”. Komputasi kuantum menciptakan kembali pendekatan tersebut, dengan mengganti bit dengan qubit yang dapat secara bersamaan mewakili beberapa status seperti yang ditentukan secara umum dalam fisika klasik. Sistem yang mewakili data menggunakan qubit dan fenomena kuantum seperti superposisi dan keterikatan berpotensi mengaktifkan komputasi pada tingkat paralelisme besar yang belum pernah ada sebelumnya.

Pekerjaan oleh Intel® Labs terkait komputasi kuantum menarik minat riset internal yang berkelanjutan, digabungkan dengan hubungan kolaboratif dan investasi di akademisi dan industri di seluruh dunia, serta kepemimpinan Intel dalam teknik fabrikasi silikon. Penelitian telah berlangsung selama beberapa dekade, naik dari tingkat teoritis dengan eksperimen pemikiran di sepanjang abad ke-20, dengan komponen perangkat keras fungsional pertama untuk komputasi kuantum dikembangkan hanya dalam beberapa tahun terakhir.

Garis waktu komputasi kuantum.

Riser di Intel® Labs telah secara langsung menuju ke pengembangan Tangle Lake, prosesor kuantum superkonduksi yang menggabungkan 49 qubit dalam sebuah kemasan yang diproduksi di fasilitas fabrikasi 300 milimeter milik Intel di Hillsboro, Oregon. Perangkat ini mewakili generasi ketiga prosesor kuantum yang diproduksi oleh Intel, naik 17 qubit dalam pendahulunya.

Tangle Lake selangkah lebih maju dalam pengembangan sistem komputasi kuantum penuh yang sedang berjalan, yang mungkin masih sepuluh tahun lagi. Sistem semacam ini menjanjikan kemampuan yang belum pernah ada sebelumnya untuk menyimulasikan dan menganalisis fenomena alam, yang menghasilkan jawaban cepat bagi pertanyaan yang terkait dengan fenomena, yang akan memerlukan waktu lama pada superkomputer yang ada saat ini. Kemampuan tersebut diharapkan untuk mendukung terobosan dalam sejumlah bidang, seperti obat genetis individu, astrofisika, dan menyelesaikan tantangan lingkungan.

Prosesor kuantum 49 qubit Tangle Lake.

Pengembangan Berkelanjutan dalam Kemitraan dengan Industri dan Akademisi
Tantangan yang dihadapi dalam mengembangkan sistem komputasi kuantum yang dapat berfungsi sangat banyak dan menakutkan. Misalnya, qubit sendiri sangat sensitif, dengan gangguan apa pun termasuk pengukuran menyebabkan mereka kembali dari status kuantumnya ke status klasik (biner), yang menyebabkan hilangnya data. Tangle Lake juga harus beroperasi pada suhu yang sangat dingin, dalam suhu sekitar satu dan nol kelvin.

Selain itu, terdapat masalah skala yang signifikan, dengan penerapan di dunia nyata pada skala komersial cenderung memerlukan setidaknya satu juta qubit. Mengingat realita tersebut, ukuran prosesor kuantum yang relatif besar cukup membatasi; misalnya Tangle Lake berukuran sekitar tiga inci persegi. Untuk mengatasi tantangan tersebut, Intel secara aktif mengembangkan desain, pemodelan, kemasan, dan teknik fabrikasi untuk memungkinkan pembuatan prosesor kuantum yang lebih rumit.

Intel mulai bekerja sama dengan QuTech, sebuah organisasi komputasi kuantum di Belanda, pada tahun 2015; kerja sama tersebut meliputi investasi US$50 juta oleh Intel di QuTech untuk menyediakan sumber daya teknik berkelanjutan yang akan membantu mempercepat pengembangan di lapangan. QuTech didirikan sebagai pusat penelitian dan edukasi lanjutan untuk komputasi kuantum oleh Netherlands Organisation for Applied Research dan Delft University of Technology. Digabungkan dengan keahlian Intel dalam fabrikasi elektronik kontrol, dan arsitektur, kemitraan ini secara unik sesuai dengan tantangan dalam mengembangkan sistem komputasi pertama yang dapat digunakan.

Saat ini, chip Tangle Lake yang diproduksi di Oregon sedang dikirim ke QuTech di Belanda untuk dianalisis. QuTech telah mengembangkan sejumlah teknik andal untuk menyimulasikan beban kerja kuantum sebagai sarana untuk mengatasi berbagai masalah, seperti menghubungkan, mengendalikan, dan mengukur beberapa qubit yang terjerat. Selain membantu mendorong desain tingkat sistem komputer kuantum, informasi yang dihasilkan melalui pekerjaan ini berkontribusi terhadap transisi yang lebih cepat dari desain dan fabrikasi ke pengujuian teknologi generasi selanjutnya.

Selain berkolaborasi dengan QuTech, Intel® Labs juga bekerja sama dengan anggota ekosistem lainnya terkait tantangan fundamental dan tingkat sistem di keseluruhan kumpulan komputasi kuantum. Penelitian gabungan yang dilakukan bersama QuTech, University of Toronto, University of Chicago, dan lainnya membangun dari perangkat kuantum untuk meliputi sejumlah mekanisme seperti perbaikan kesalahan, mekanisme kontrol berbasis perangkat keras dan perangkat lunak, serta pendekatan dan alat bantu untuk mengembangkan aplikasi kuantum.

Melebihi Superkonduksi: Janji Spin Qubits
Salah satu pendekatan untuk mengatasi beberapa tantangan yang terkait dengan prosesor kuantum, seperti Tangle Lake yang berbasis pada qubit superkonduksi adalah investigasi pada spin qubit oleh Intel® Labs dan QuTech. Spin qubit berfungsi berdasarkan putaran elektron tunggal dalam silikon, yang dikendalikan oleh denyut microwave. Dibandingkan dengan qubit superkonduktor, spin qubit jauh lebih mirip dengan komponen semikonduktor yang ada, yang beroperasi dalam silikon, yang berpotensi memanfaatkan teknik fabrikasi yang sudah ada. Selain itu, area penelitian yang menjanjikan ini menyimpan potensi keuntungan dalam sejumlah area berikut:

• Suhu pengoperasian: Spin qubit memerlukan kondisi pengoperasian yang sangat dingin, tetapi dengan derajat yang sedikit lebih kecil daripada qubit superkonduktor (sekitar satu derajat kelvin dibandingkan dengan 20 milikelvin); karena sulitnya mendapatkan suhu yang lebih rendah naik secara eksponensial saat satu mendekat ke nol absolut, perbedaan ini berpotensi menawarkan pengurangan yang signifikan dalam kerumitan sistem.

• Stabilitas dan durasi: Spin qubit diharapkan tetap koheren selama jauh lebih lama daripada qubit superkonduktor, yang membuatnya jauh lebih mudah pada tingkat prosesor untuk diterapkan untuk algoritme.

• Ukuran fisik: Jauh lebih kecil dari qubit superkonduktor, satu miliar spin qubit secara teorititas muat dalam ruang satu milimeter persegi. Digabungkan dengan kemiripan strukturalnya dengan transistor konvensional, properti spin qubit ini bisa sangat penting dalam meningkatkan sistem komputasi kuantum hingga perkiraan jutaan qubit yang pada akhirnya akan dibutuhkan dalam sistem produksi.

Untuk saat ini, para peneliti telah mengembangkan sebuah alur fabrikasi spin qubit menggunakan teknologi proses 300 milimeter Intel yang memungkinkan produksi rangkaian spin qubit kecil dalam silikon. Kenyataannya, QuTech sudah mulai menguji sistem komputer kuantum berbasis spin qubit berskala kecil. Sebagai lembaga perangkat lunak bersama, QuTech juga telah mengembangkan Kuantum Technology Toolbox, paket Python untuk melakukan pengukuran dan kalibrasi spin-qubit.

Pendekatan Dua Langkah untuk Menjadwalkan Sirkuit Kuantum

Sebagai upaya untuk meningkatkan hasil penjualan perangkat keras kuantum yang ada, perlu untuk menjadwalkan gerbang kuantum dengan cara yang meminimalkan jumlah operasi. Penelitian ini mempresentasikan sebuah pendekatan dua langkah yang efektif untuk menjadwalkan sirkuit kuantum.

Baca laporan resmi

Kemitraan

QuTech

QuTech adalah sebuah pusat penelitian lanjutan untuk komputasi kuantum dan internet kuantum, kolaborasi yang didirikan oleh TU Delft dan TNO.

CQIQC

Pusat Informasi Kuantum dan Komputasi Kuantum ini mendukung kolaborasi penelitian dalam bidang lintas disiplin yang berkembang pesat ini.

University of Chicago

The Institute for Molecular Engineering memimpin penelitian dan edukasi rekayasa dalam arah yang baru, mendukung penerapan kreatif ilmu pengetahuan tingkat molekul.

Dalam Berita


Temukan info terbaru seputar Intel dan Komputasi Kuantum.

Bergabung dengan Intel® Labs

Hadirkan antusiasme Anda terhadap teknologi dan pemecahan masalah ke Intel® Labs dan bantu ciptakan sesuatu yang belum pernah ada sebelumnya.

Jelajahi peluang

Lainnya dari Intel® Labs

Tentang Intel® Labs

Bekerja dengan dan mensponsori para peneliti terkemuka di seluruh dunia untuk mengembangkan terobosan berikutnya yang mengubah cara mesin berpikir, belajar, dan beradaptasi.

Pelajari selengkapnya

Komputasi Neuromorfik dan Probabilistik

Revolusi berikutnya dalam AI mendorong penelitian yang akan membuat komputasi semakin dekat dengan meniru otak biologis.

Pelajari selengkapnya

Inovasi Baru

Teknologi baru bertenaga menggerakkan dan membentuk masa depan komputasi. Jelajahi bidang inovasi utama yang terdepan dalam revolusi teknis berikutnya.

Pelajari selengkapnya