Dalam sebuah terobosan besar, para ilmuwan telah berhasil menggabungkan dua material yang tidak biasa—yang dulunya dianggap mustahil untuk digabungkan—menjadi sebuah struktur buatan baru yang dapat membuka pintu bagi teknologi kuantum masa depan.

Penemuan yang dipimpin oleh para peneliti di Rutgers University–New Brunswick ini dapat membantu menciptakan komputer kuantum yang lebih canggih dan sensor yang lebih canggih.

Penelitian yang ditampilkan pada sampul jurnal Nano Letters ini menjelaskan bagaimana tim peneliti menghabiskan waktu empat tahun untuk membangun sebuah struktur berlapis kecil—seperti sandwich—yang terbuat dari dua material langka yang dibuat di laboratorium.

Setiap material sudah menarik dengan sendirinya, tetapi menggabungkannya menciptakan sebuah sistem baru yang belum pernah dilihat oleh para peneliti sebelumnya.

Satu lapisan sandwich terbuat dari disprosium titanat, senyawa yang dikenal sebagai "spin ice".

Material ini digunakan dalam reaktor nuklir dan memiliki struktur magnetik yang aneh di mana magnet-magnet kecil—disebut spin—tersusun seperti molekul air dalam es.

Spin ini dapat membentuk partikel yang tidak biasa yang disebut monopole magnetik.

Biasanya, magnet selalu memiliki kutub utara dan selatan, tetapi monopole magnetik berperilaku seperti magnet dengan hanya satu kutub.

Partikel-partikel tersebut tidak ada secara alami di alam semesta tetapi muncul di dalam es spin karena interaksi kuantum khusus.

Lapisan lainnya terbuat dari bahan yang disebut piroklor iridat, semimetal magnetik yang langka.

Lapisan ini mengandung partikel yang disebut fermion Weyl, yang pertama kali diprediksi pada tahun 1929 dan baru ditemukan pada tahun 2015.

Partikel-partikel ini berperilaku seperti cahaya, bergerak cepat dan berputar ke kiri atau ke kanan.

Karena sifat khususnya, piroklor iridat menghantarkan listrik dengan sangat baik dan bereaksi dengan cara yang tidak biasa terhadap medan magnet dan elektromagnetik.

Bahan ini sedang dipelajari untuk potensi penggunaannya dalam elektronik tingkat lanjut.

Menggabungkan kedua bahan yang tidak biasa ini merupakan tantangan besar. Tim peneliti harus merancang dan membangun alat baru hanya untuk tujuan ini. Mesin yang disebut Q-DiP (singkatan dari Quantum Phenomena Discovery Platform) ini rampung pada tahun 2023.

Mesin ini menggunakan laser untuk memanaskan material dan meletakkannya lapis demi lapis pada tingkat atom.

Peralatan khusus ini memungkinkan para ilmuwan untuk membangun sandwich kuantum dan mengeksplorasi bagaimana material ini berinteraksi pada suhu yang sangat dingin—mendekati nol mutlak.

Profesor Jak Chakhalian, ilmuwan utama dalam proyek tersebut, mengatakan bahwa kunci penemuan ini bukan hanya idenya, tetapi juga keterampilan dan dedikasi tim peneliti, termasuk mahasiswa doktoral dan mahasiswa sarjana di Rutgers.

Alat yang mereka ciptakan adalah satu-satunya di Amerika Serikat dan menandai langkah maju yang besar dalam pembuatan material kuantum baru.

Chakhalian menjelaskan bahwa struktur baru ini dapat menghasilkan perkembangan baru yang menarik dalam komputasi kuantum dan penginderaan kuantum.

Teknologi ini menggunakan aturan aneh fisika kuantum—di mana partikel dapat berada dalam beberapa keadaan sekaligus—untuk melakukan kalkulasi yang akan memakan waktu lebih lama bagi komputer biasa untuk menyelesaikannya.

Komputer kuantum memiliki potensi untuk mengubah segalanya, mulai dari penelitian medis dan penemuan obat hingga keuangan, logistik, dan kecerdasan buatan.

Dengan menggabungkan fitur magnetik dan elektronik yang eksotis dari disprosium titanat dan piroklor iridat, material baru ini dapat menciptakan keadaan kuantum yang sangat stabil.

Keadaan ini penting untuk membangun perangkat seperti sensor kuantum dan perangkat spintronik, yang menggunakan putaran partikel untuk memproses informasi.

Penelitian inovatif ini membuktikan bahwa dengan berpikir kreatif dan mengembangkan alat-alat baru, para ilmuwan dapat menciptakan material yang dulunya dianggap mustahil.

Dan dengan itu, mereka mungkin membawa kita lebih dekat ke masa depan teknologi kuantum.