Para peneliti telah mencapai lompatan signifikan dalam simulasi kuantum, menciptakan simulator terbesar dan paling dapat dikontrol – dijuluki Quantum Twins – yang mampu memodelkan material kompleks dengan akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Terobosan ini dapat mempercepat penemuan material baru dengan sifat revolusioner, termasuk superkonduktor yang berfungsi dalam kondisi praktis.
Kekuatan Simulasi Kuantum
Komputer kuantum berjanji untuk memecahkan masalah di luar jangkauan komputer klasik. Simulator kuantum menggunakan pendekatan yang berbeda: alih-alih solusi komputasi, simulator tersebut meniru sistem kuantum secara langsung. Hal ini sangat berharga bagi ilmu material karena banyak sifat material – seperti superkonduktivitas – muncul dari efek kuantum yang sulit dihitung pada komputer biasa.
Simulasi tradisional kesulitan dengan sistem yang besar dan interaksi yang kompleks. Simulator kuantum mengatasi keterbatasan ini dengan secara langsung meniru perilaku elektron dalam material, menawarkan jalan pintas untuk memahami dan merancang material eksotik.
Membangun Kembar Quantum
Simulator Quantum Twins dibuat dengan menyematkan atom fosfor ke dalam chip silikon. Setiap atom berfungsi sebagai qubit – unit dasar informasi kuantum – dan para peneliti mengatur qubit ini dengan tepat untuk meniru struktur atom bahan nyata.
Iterasi Quantum Twins saat ini terdiri dari grid yang berisi 15.000 qubit, melampaui simulator sebelumnya. Yang terpenting, tim juga mengontrol sifat elektronik dari material yang disimulasikan dengan menyesuaikan seberapa mudah elektron bergerak atau berinteraksi di dalam grid. Tingkat kendali ini penting untuk pemodelan yang akurat.
Hasil Awal dan Prospek Masa Depan
Tim menguji simulator tersebut dengan membuat ulang model terkenal tentang bagaimana cacat mempengaruhi konduktivitas listrik. Hasilnya memvalidasi kemampuan simulator untuk menangani sistem kompleks yang menantang komputer klasik.
Ke depan, Quantum Twins siap untuk mengatasi beberapa tantangan terbesar dalam ilmu material:
- Superkonduktor Suhu Ruangan: Superkonduktor saat ini memerlukan suhu atau tekanan yang sangat dingin. Simulasi kuantum dapat membantu merancang material yang superkonduktor pada kondisi sekitar, merevolusi transmisi dan penyimpanan energi.
- Penemuan Obat dan Fotosintesis Buatan: Mensimulasikan antarmuka antara logam dan molekul dapat mempercepat pengembangan obat baru dan perangkat fotosintesis buatan yang lebih efisien.
Mengapa Ini Penting
Kemampuan untuk memodelkan material secara akurat pada tingkat kuantum adalah sebuah terobosan. Ini bukan hanya tentang penghitungan yang lebih cepat; ini tentang merancang material dengan sifat yang saat ini tidak mungkin dicapai. Terobosan ini mendekatkan para peneliti pada material rekayasa dengan sifat yang disesuaikan, sehingga berpotensi memecahkan tantangan besar di bidang energi, kedokteran, dan lainnya.
“Skala dan kemampuan pengendalian yang telah kami capai dengan simulator ini berarti kami kini siap untuk mengatasi beberapa masalah yang sangat menarik,” kata Michelle Simmons, peneliti utama proyek tersebut.
Perkembangan ini menunjukkan masa depan di mana material dirancang atom demi atom, membuka sifat-sifat yang hanya dapat kita impikan saat ini.
