Gold Nanoclusters, Super Atom yang Bisa Perkuat Quantum Computer
Gold nanoclusters quantum computer adalah temuan baru yang menjanjikan masa depan teknologi kuantum. Peneliti menemukan bahwa kluster emas ini mampu meniru perilaku atom dalam sistem kuantum canggih, namun jauh lebih mudah diperbesar skalanya. Dengan kemampuan disesuaikan hingga tingkat molekul, kluster emas menjadi fondasi kuat untuk generasi baru perangkat kuantum.
Mengapa Kluster Emas Penting?
Quantum computer dan sensor canggih bergantung pada perilaku elektron, khususnya cara elektron berputar (spin). Sistem berbasis atom gas memang sangat akurat, tetapi sulit diperbesar menjadi perangkat kuantum skala besar.
Tim peneliti dari Penn State dan Colorado State membuktikan bahwa kluster emas dapat meniru perilaku atom gas tersebut. Artinya, sifat spin yang sama bisa diperoleh dalam format yang lebih mudah dikembangkan.
Spin Elektron dan Performa Quantum
Spin elektron memengaruhi reaksi kimia sekaligus aplikasi kuantum seperti komputasi dan sensing. Jika banyak elektron berputar searah dan selaras, material tersebut memiliki spin polarization tinggi.
Baca juga: Algoritma Desain Gridshell, Buat Struktur Lengkung Cuma 90 Menit
Material dengan spin polarization tinggi dapat menjaga akurasi lebih lama, sehingga sistem kuantum lebih stabil.
Keterbatasan Ion Terperangkap
Metode ion gas terperangkap adalah standar emas untuk akurasi kuantum. Namun, sistem ini sulit diperbesar karena sifatnya sangat encer. Saat dikondensasi menjadi material padat, sistem menjadi rentan terhadap gangguan lingkungan.
Kluster emas menawarkan solusi: meniru sifat terbaik ion gas, tetapi tetap bisa diperbesar tanpa kehilangan kualitas.
Potensi Quantum dari Kluster Emas
Kluster emas sudah lama diteliti untuk optik dan katalisis, namun sifat magnetik dan spin-nya jarang diperhatikan. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa kluster emas memiliki 19 keadaan spin unik yang mirip dengan ion gas terperangkap.
Dengan kata lain, kluster emas memiliki semua sifat penting untuk operasi berbasis spin dalam quantum computer.
Menyesuaikan Spin Polarization
Peneliti menemukan bahwa spin polarization kluster emas bisa diatur melalui desain kimia ligan (molekul pelindung di sekitar inti emas).
- Kluster pertama: 7% spin polarization
- Kluster kedua (dengan ligan berbeda): hampir 40%
Nilai ini setara dengan material kuantum 2D terbaik. Artinya, sifat spin bisa dituning sesuai kebutuhan.
Gold nanoclusters quantum computer membuka jalan baru bagi quantum information science. Dengan kemampuan meniru atom gas, mudah disintesis, dan spin polarization yang bisa diatur, kluster emas berpotensi menjadi bahan utama dalam pengembangan quantum computer masa depan.
Referesi: “Diverse Superatomic Magnetic and Spin Properties of Au144(SC8H9)60 Clusters” by Juniper Foxley, Marcus Tofanelli, Jane A. Knappenberger, Christopher J. Ackerson and Kenneth L. Knappenberger, Jr., 29 May 2025, ACS Central Science.
DOI: 10.1021/acscentsci.5c00139
“The Influence of Passivating Ligand Identity on Au25(SR)18 Spin-Polarized Emission” by Nathanael L. Smith, Patrick J. Herbert, Marcus A. Tofanelli, Jane A. Knappenberger, Christopher J. Ackerson and Kenneth L. Knappenberger, Jr., 15 May 2025, The Journal of Physical Chemistry Letters.
DOI: 10.1021/acs.jpclett.5c00723
In addition to Smith and Knappenberger, the research team includes Juniper Foxley, graduate student in chemistry at Penn State; Patrick Herbert, who earned a doctoral degree in chemistry at Penn State in 2019; Jane Knappenberger, researcher in the Penn State Eberly College of Science; as well as Marcus Tofanelli and Christopher Ackerson at Colorado State
Funding from the Air Force Office of Scientific Research and the U.S. National Science Foundation supported this research.
