Oleh Dedi Junaedi
Wartawan dan Dosen INAIS Bogor
Setelah 80 tahun dicari, partikel Majorana akhirnya ditemukan secara ekspermental.Hasil riset peneliti Universitas California (UCLA) ini dipercaya akan membuka babak baru inovasi saluran data qubit untuk pengembangan komputer kuantum..
Menjelang akhir Juli 2017, kabar gembira datang dari tim peneliti UCLA di Los Angelos, AS. Mereka memberikan bukti paling jelas bahwa partikel Majorana –yang telah lama dicari dan keberadaannya telah diramalkan oleh fisikawan Italia. Eltore Majorana, pada 1937– dapat menyediakan kendaraan untuk mampu membawa data ‘qubit’ yang menjadi basis pengembangan system komputasi generasi komputer kuantum.
Seperti dilaporkan jurnal Science (21/7) dan disebarluaskan UCLA News dan Science Daily (25/7), tim ahli nanosains dan nanoteknologi UCLA telah menemukan jejak eksperimental –mereka menyebutnya a smoking gun— dari partikel Majorana seperti yang telah dihiptesiskan fisikawan Ettore Majorana sekitar 80 tahun lalu. Temuan berharga ini dipercaya bisa menjadi fondasi topologi generasi komputer kuantum.
Sebagai partikel anti-materi yang bermuatan listrik nol, partikel Majorana dipandang sebagai kandidat terbaik untuk membawa data bit kuantum [selanjutnya disingkat qubit], unit data yang akan menjadi dasar komputer kuantum. Tidak seperti “bit” data di komputer biner standar, yang biasa direpresentasikan sebagai 0 atau 1, qubit memiliki kemampuan multi untuk menjadi 0 dan 1 sekaligus. Karakteristik ini memungkinkan komputer kuantum dapat memiliki komputasi yang lebih tinggi secara eksponensial. Bahkan, daya komputasi dan kecepatan transmisi datanya bisa jauh lebih tinggi dari superkomputer terbaik saat ini.
Komputasi Kuantum
Partikel Majorana telah menjadi fokus riset dasar untuk pengembangan komputasi kuantum. Keunggulannya dibanding partikel biasa (seperti elektron atau proton) sebagian besar karena muatan netralnya dapat membuatnya tahan terhadap gangguan eksternal dan memberinya kemampuan untuk memanfaatkan dan mempertahankan properti kuantum yang powerfull. Keberadannya memungkinkan dua partikel yang terpisah secara fisik dapat saling mengkodekan informasi secara simultan sehingga dapat menghasilkan daya komputasi yang sangat besar. Sebagai ilustrasi jika antar generasi komputasi biner memiliki kinerja kelipatan pangkat dua, maka komputasi qubit punya kinerja kelipatan pangkat tiga atau lebih.
Penelitian nanoteknologi itu diterbitkan jurnal Science Vol. 357 dengan judul “Chiral Majorana fermion modes in a quantum anomalous Hall insulator–superconductor structure”. Riset ini dipimpin Qing Lin He, fisikawan pos doktoral UCLA dan Kang Wang, seorang profesor teknik elektro Departemen Fisika dan Ilmu Material UCLA. Wang juga tercatat sebagai Ketua Bidang Teknik Elektro Raytheon UCLA.
Wang, yang juga merupakan Direktur Center of Excellence in Green Nanotechnology dari King Abdulaziz City for Science and Technology, membuat komparasi sederhana. Menurutnya, komputer standar itu bekerja seperti mobil yang melaju dengan baik di jalan raya dua jalur. Sementara itu, komputer kuantum itu, lanjutnya, seperti kendaraan cepat yang bisa memiliki banyak jalur di jalan bertingkat. Dia bisa melesat dan melompat di antara tingkat dan melakukan perjalanan di kedua arah pada waktu yang sama, di setiap jalur dan di setiap tingkat sarana transportasi.
Supercar Kuantum
‘’Kami membutuhkan mobil ‘kuantum’ yang stabil dan berlapis baja untuk dapat melakukan semua itu. Dan, partikel Majorana adalah supercar tersebut,” tegas Wang. Dengan supercar itu dia percaya lompatan teknologi akan lahir dalam sistem komputer masa depan.
Untuk penelitian tersebut, tim telah membuat superkonduktor, bahan yang memungkinkan elektron mengalir bebas melintasi permukaannya tanpa hambatan, dan menempatkannya di atas isolator film tipis, untuk memberi para insinyur kemampuan untuk memanipulasi partikel ke dalam pola tertentu. Setelah menyapu medan magnet yang sangat kecil selama pemasangan, para periset menemukan sinyal terkuak jejak partikel Majorana. Sidik jari partikel kuantum ini terekam aktivitasnya dalam lalu lintas listrik di antara kedua bahan tersebut.
“Partikel Majorana muncul dan berperilaku seperti bagian elektron, meski sebenarnya bukan potongan elektron,” kata Qing Lin He, seorang sarjana postdoctoral UCLA bimbingan Kang Wang dan dipercaya menjadi penulis utama makalah ilmiah tersebut. “Kami mengamati perilaku kuantum, dan sinyal yang kami lihat dengan jelas menunjukkan adanya partikel-partikel ini,” tambahnya.
Dalam percobaan tersebut, partikel Majorana bergerak sepanjang tepi isolator dengan pola kepang yang berbeda. Para periset mengatakan langkah selanjutnya dalam penelitian mereka akan mengeksplorasi bagaimana menggunakan partikel Majorana dalam mengepang kuantum, yang akan merajutnya bersama untuk memungkinkan informasi disimpan dan diproses dengan kecepatan super tinggi.
Lei Pan, seorang mahasiswa doktoral UCLA di bidang teknik elektro dan anggota tim riset ini, mengatakan sifat unik partikel Majorana akan membuatnya sangat berguna untuk topologi komputer kuantum.
“Sementara sistem konvensional memerlukan skema yang canggih untuk memperbaiki kesalahan komputasi, informasi yang dikodekan dalam topologi komputer kuantum tidak mudah rusak,” katanya. “Apa yang menarik tentang penggunaan partikel Majorana untuk membangun komputer kuantum adalah sistemnya mampu mentoleransi kegagalan dan keterbatsan komputasi biasa,” ungkap Pan seperti dikutip UCLA News
Ahli lain yang ikut terlibat dalam riset tersebut, tambah UCLA News, adalah Xufeng Kou. Dia mendapatkan gelar master dan doctoral bidang nanoteknologi di UCLA dan sekarang menjadi dosen tetap fisika material di Universitas ShanghaiTech. Studi ini juga merupakan hasil kolaborasi dengan Jing Xia, seorang profesor di UC Irvine, kemudian Kai Liu, seorang profesor di UC Davis, dan Shou-Cheng Zhang, seorang profesor di Stanford University.
Penelitian ini didukung sebagian oleh Divisi Spins and Heat di Nanoscale Electronic Systems Energy Frontier Research Center. yang berlokasi di UC Riverside. Sebagian dana risetnya berasal dari Departemen Energi AS. Sebagian juga berasal dari dukungan tambahan dari Kantor Riset Angkatan Darat (DARPA); hibah dari National Science Foundation. Semiconductor Research Corporation ikut pula memberi dukungannya melalui partisipasi Center for Function Accelerated NanoMaterial Engineering.
Fermion Majorana
Lima tahun lalu, Tim Leo Kouwenhoven dari Universitas Teknologi Delft di Belanda mengajukan model partikel Majorana. Dia menyebutnya sebagai fermion Majorana yang misterius. Menurut Kouwenhoven, partikel kuantum bias muncul dalam dua jenis, fermion dan boson. Fermion bersifat materi, sementara Bosons termasuk antimaeri.
Keduanya, Fermion dan Boson, dapat saling memusnahkan dalam sekejap pada tingkat energi tertentu. Hipotesis ini telah dikemukakan Ettore Majorana tahun 1937. Dia mengadaptasi persamaan Paul Dirac untuk menggambarkan perilaku fermion dan boson, termasuk untuk memprediksi keberadaan jenis fermioni.
Tim Kouwenhoven membuat kabel nano dari indium antimonide, yang terhubung ke sirkuit dengan kontak emas di salah satu ujungnya dan sepotong superkonduktor di sisi lain, Mereka juga membuka aparatus ke medan magnet dengan kekuatan sedang. Pengukuran konduktansi kawat nano menunjukkan puncak aktivitas pada tegangan nol, yang konsisten dengan pembentukan sepasang partikel Majorana, satu di setiap ujung wilayah nanowire.
Kelompok lain telah melaporkan bukti tidak langsung tentang munculnya fermion Majorana dalam bahan padat, ini bisa menjadi janji pengukuran langsung. Banyak skema telah diusulkan untuk menggunakan fermion Majorana untuk bertindak sebagai qubit di komputer kuantum. Model yang dibuat Kouwenhoven termasuk salah satu yang dijagokan hingga akhirnya muncul Tim UCLA yang mengkonfirmasi keberadaan partikel qubit yang lama dinantikan itu.
Dedi Junaedi
