Untuk membuat komputasi kuantum benar-benar bekerja, kita pada akhirnya membutuhkan banyak qubit berkualitas tinggi, lalu menyusunnya menjadi kelompok logical qubits yang tahan terhadap kesalahan. Perusahaan-perusahaan mengambil pendekatan yang berbeda untuk mencapainya, tetapi secara umum ada dua jalur besar. Sebagian fokus pada qubit yang ditempatkan dalam perangkat elektronik yang bisa diproduksi secara massal, sehingga jumlah perangkat dapat dibuat sangat banyak. Sebagian lain memakai atom atau foton sebagai qubit, yang perilakunya lebih konsisten tetapi membutuhkan perangkat keras yang lebih rumit untuk mengelolanya.
Salah satu keunggulan sistem yang memakai atom atau ion adalah kemampuannya untuk dipindahkan. Dengan cara ini, satu qubit bisa dipasangkan dengan qubit lain mana pun, sehingga memberi fleksibilitas besar untuk koreksi kesalahan. Sebaliknya, sistem berbasis perangkat elektronik terkunci pada susunan yang sudah ditentukan saat proses manufaktur.
Namun minggu ini, sebuah makalah baru meninjau riset yang tampaknya memberi kedua keuntungan itu sekaligus. Penelitian ini memakai quantum dots, yang bisa diproduksi dalam jumlah besar dan dapat menampung qubit berupa spin satu elektron. Hasilnya menunjukkan bahwa spin qubit dapat dipindahkan dari satu quantum dot ke quantum dot lain tanpa kehilangan informasi kuantumnya. Kemampuan memindahkan ini berpotensi menghadirkan konektivitas antar qubit yang fleksibel, mirip dengan sistem berbasis atom dan ion.
Tukar-menukar kuantum
Quantum dot dapat dipahami sebagai cara mengendalikan perilaku elektron. Secara fisik, quantum dot membatasi elektron dalam ruang yang sangat kecil, sampai lebih kecil dari panjang gelombang elektronnya. Karena ukurannya kecil, banyak quantum dot bisa ditempatkan dalam ruang yang padat, dan semuanya juga dapat diintegrasikan ke dalam proses pembuatan chip. Hal ini memungkinkan pembuatan chip dengan banyak quantum dot, lengkap dengan gerbang dan perangkat lain untuk mengendalikan perilakunya.
Untuk menggunakannya sebagai qubit, rangkaian elektronik ini dipakai untuk memasukkan satu elektron berlebih ke dalam quantum dot. Elektron memiliki sifat yang disebut spin, dan spin ini bisa dikendalikan sehingga qubit berada dalam keadaan spin-up atau spin-down, atau superposisi dari keduanya. Meski qubit berbasis elektron cenderung cukup rapuh — lingkungan mudah mengganggu posisi elektron — quantum dot biasanya cukup mengisolasi elektron tersebut sehingga performanya tetap baik.
Seperti chip buatan lain, kabel penghubung antar quantum dot terkunci pada susunan yang dibuat saat chip diproduksi. Karena skema koreksi kesalahan yang berbeda membutuhkan koneksi qubit yang berbeda, hal ini memaksa kita menentukan skema koreksi kesalahan tertentu sejak awal. Jika kemudian ada skema yang lebih baik setelah chip selesai dibuat, kemungkinan besar chip itu tidak bisa beralih ke skema baru tersebut. Algoritme yang lebih sederhana mungkin cocok dengan skema koreksi yang lebih ringan, tetapi dengan chip seperti ini kita tidak bisa berpindah skema dengan mudah.
Jadi, quantum dot tampaknya mewakili kompromi besar dalam komputasi kuantum: lebih mudah membuat banyak quantum dot beserta perangkat keras pendukungnya, tetapi secara umum tampaknya tidak bisa menikmati fleksibilitas yang dimiliki jenis qubit lain.
Inti dari makalah baru ini adalah menunjukkan bahwa anggapan itu belum tentu benar.
Quantum dot yang bisa bergerak
Riset baru ini dikerjakan bersama oleh peneliti di Delft University of Technology dan startup QuTech. Tim membangun chip dengan deretan linear quantum dot, lalu menempatkan spin elektron tunggal di tiap ujungnya. Dengan sinyal listrik yang tepat, mereka bisa menggeser spin itu ke dot berikutnya, sedikit demi sedikit, sampai kedua spin makin berdekatan. Proses ini berlangsung relatif lambat dibanding switching elektronik biasa, tetapi tetap terjadi dalam waktu yang singkat.
Setelah elektron cukup dekat, fungsi gelombang spin mereka saling tumpang tindih, sehingga peneliti bisa menjalankan gerbang dua-qubit di antara keduanya. Manipulasi seperti ini diperlukan untuk membangun logical qubits yang tahan kesalahan, dan juga untuk menjalankan komputasi.
Para peneliti kemudian memastikan bahwa elektron bisa dipindahkan kembali ke posisi awal, lalu pengukuran menunjukkan bahwa spin mereka tetap terjerat. Karena teleportasi kuantum juga membutuhkan gerbang dua-qubit, mereka menunjukkan bahwa proses ini bisa dipakai untuk teleportasi. Teleportasi dapat meningkatkan mobilitas yang dihasilkan dari pemindahan qubit, karena keadaan kuantum bisa dipindahkan meski qubitnya sudah berjauhan.
(Perlu dicatat, teleportasi kuantum berarti memindahkan keadaan kuantum dari satu qubit ke qubit lain yang jauh; tidak ada benda fisik yang dipindahkan dalam proses ini.)
Eksperimen ini dilakukan pada perangkat uji kecil yang tampaknya belum dioptimalkan untuk performa maksimal. Namun operasi yang dilakukan cukup andal. Gerbang dua-qubit berhasil dijalankan lebih dari 99 persen waktu, sedangkan teleportasi berhasil sekitar 87 persen waktu. Dua angka itu masih perlu ditingkatkan sebelum bisa dipakai untuk komputasi, tetapi banyak perusahaan perangkat keras memang masih punya berbagai cara untuk memperbaikinya.
Masih di jalurnya
Para peneliti juga menjelaskan gagasan penggunaan teknologi ini di masa depan. Dalam sistem seperti ini, ada sejumlah zona penyimpanan khusus tempat qubit berada saat tidak sedang dipakai. Ketika dibutuhkan, spin akan dipindahkan ke jalur yang membawa mereka ke “interaction zones”, tempat mereka dimanipulasi — di sinilah entanglement dan gerbang satu-qubit maupun dua-qubit dilakukan. Penghubung antar jalur juga akan memungkinkan qubit berpindah ke lintasan lain untuk interaksi jarak lebih jauh.
Skema itu terdengar sangat mirip dengan usulan yang sedang dikembangkan untuk atom netral dan ion terperangkap. Bedanya, pendekatan ini tetap membawa keuntungan produksi massal dan perangkat kontrol yang sangat ringkas.
Meski begitu, perangkat yang dipakai di penelitian ini baru berupa deretan enam quantum dot, jadi jalan ke penerapan nyata masih panjang. Perusahaan ini juga masih harus meningkatkan performa agar mendekati titik yang dibutuhkan untuk skema koreksi kesalahan yang kompleks. Kemungkinan besar itu terjadi karena quantum dot belum berkembang sejauh transmon yang dipakai perusahaan seperti Google dan IBM. Namun perusahaan lain, termasuk Intel, juga masih mengembangkannya, jadi peningkatan lanjutan tetap sangat mungkin terjadi.
Apakah semua ini cukup untuk mengungguli teknologi lain, baru akan terlihat dalam beberapa tahun ke depan.
Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10423-9.
