Dr Nuala Caffrey membahas karyanya saat ini di bidang kuantum, masalah yang ingin ia pecahkan, dan bagaimana penelitian mendasar dapat diubah menjadi teknologi praktis.
“Ketertarikan saya dimulai dari kecintaan saya memecahkan masalah matematika di sekolah dan kepuasan mendapatkan jawaban yang benar,” kata Dr Nuala Caffrey, asisten profesor di Fakultas Fisika di University College Dublin.
Berasal dari latar belakang pertanian pedesaan, karir di bidang penelitian fisika, pada awalnya, tidak pernah ada dalam radarnya, namun dia tahu betapa dia menikmati belajar matematika. Ketika tiba waktunya untuk mengisi formulir CAO, fisika teoretis adalah satu-satunya pilihan gelar yang dia berikan.
Caffrey mengatakan kepada SiliconRepublic.com, “Saya tertarik pada keanggunan teori fisika – misalnya, melihat persamaan Maxwell dalam bentuk empat vektor yang ringkas, yang menggambarkan segala sesuatu mulai dari cahaya hingga elektronik.”
Ini adalah persamaan mendasar yang terkait dengan elektrodinamika yang dapat digunakan untuk menghitung efek listrik dan magnet.
“Sebuah proyek penelitian sarjana musim panas di kelompok Stefano Sanvito memperkenalkan saya pada fisika benda terkondensasi berbasis bahan, yang saya belum tahu keberadaannya, dan menghasilkan gelar PhD dalam kelompok itu di bidang spintronik komputasi,” tambahnya.
“Proyek tersebut menunjukkan kepada saya bahwa sifat-sifat yang dimiliki suatu material – mulai dari magnetisme dan superkonduktivitas hingga kekerasan super dan transparansi – tidak bersifat sembarangan tetapi dapat dijelaskan oleh susunan elektronnya.”
Bagi Caffrey, fokus pada pemodelan material komputasi menawarkan yang terbaik dari kedua dunia, memungkinkannya membangun model dengan kompleksitas yang berbeda-beda dan menggunakannya untuk menentukan atau memprediksi bagaimana perilaku material sebenarnya.
“Ini memungkinkan saya melihat mekanisme yang menarik tuasnya. Setelah Anda memahaminya, Anda dapat mulai menarik tuasnya sendiri dan merancang material dengan sifat yang Anda inginkan.”
Masa depan kuantum
Saat ini, fokus Caffrey adalah pada desain komputasi bahan kuantumterutama material yang berpotensi untuk digunakan dalam penciptaan teknologi kuantum masa depan, atau material dengan sifat yang hanya dapat dijelaskan oleh fisika kuantum.
“Sebagian besar pekerjaan saya kembali pada putaran – sifat kuantum elektron yang merupakan bahan penyusun alami informasi kuantum – dan menemukan cara untuk mengendalikannya,” katanya.
“Dalam proyek Research Ireland yang baru-baru ini didanai bernama Quantum Lego, kami merancang bahan setebal satu atom atau molekul yang dapat ditumpuk seperti pelat Lego, sehingga keseluruhannya lebih besar daripada jumlah bagian-bagiannya.
“Lebih khusus lagi, kami menempatkan jaringan datar atom logam dan molekul organik di atas lapisan lain yang dapat dimagnetisasi atau dialihkan secara elektrik, dengan tujuan mengendalikan putaran jaringan sesuai permintaan.
“Dengan cara yang sama, saya mempelajari kristal spin crossover, terbuat dari molekul yang dapat berpindah antara dua keadaan magnetis.”
Dia juga mencatat itu melalui yang baru didirikan Pusat Kuantum Rinndia memiliki kesempatan untuk melakukan pendekatan penelitian dari arah lain dengan “menggunakan komputer kuantum awal saat ini untuk mensimulasikan materi kuantum itu sendiri”.
Secara keseluruhan, pekerjaannya adalah tentang “menemukan bahan yang tepat untuk pekerjaan itu”, meskipun ‘tepat’ dapat “berarti banyak hal berbeda”, menurut Caffrey.
Hal yang penting termasuk membuat qubit tidak terlalu rapuh, lebih mudah dikendalikan, atau mampu beroperasi pada suhu yang lebih tinggi, katanya.
Demikian pula, menurutnya, lebih banyak perhatian perlu diberikan pada ide desain komputer kuantum, terutama karena masalah material individual yang cenderung muncul belum terselesaikan.
Caffrey berkata, “Satu masalah yang saya fokuskan adalah bahwa sebagian besar magnet setipis atom akan kehilangan sifat magnetnya kecuali jika disimpan dalam suhu sangat dingin dan hanya ada sedikit cara untuk mengubahnya.
“Membangun magnet ini dari atom logam dan molekul organik memberi kita kendali lebih besar; dengan menukar bahan-bahannya, kita dapat menyesuaikan sifat-sifatnya, dan dengan memilih lapisan tempat magnet tersebut berada, kita dapat menggantinya.”
Tapi kemana arah semua ini?
Dari teori hingga praktik
Sebagai ahli teori komputasi, Caffrey menjelaskan, dia ditempatkan di ujung jalur yang dimulai dari penelitian mendasar hingga aplikasi praktis. Namun, ini adalah sebuah proses yang memerlukan waktu puluhan tahun sebelum material baru dapat berpindah dari prediksi pertama hingga menjadi produk aktual.
“Bahan apa pun yang berperilaku sempurna dalam simulasi saya masih harus dibuat, dikarakterisasi, dan diuji di laboratorium, di mana banyak hal sering kali terlihat jauh lebih berantakan, dan itu bahkan sebelum mempertimbangkan kemampuan reproduksi, skalabilitas, biaya, dan kompatibilitas dengan proses manufaktur saat ini,” katanya.
“Bekerja bersama rekan-rekan eksperimental saya, saya bertujuan untuk menjaga kesenjangan antara simulasi saya dan material di dunia nyata sekecil mungkin – misalnya, dengan memodelkan stabilitas udara atau cacat dan kotoran yang terkandung dalam setiap material nyata.
“Seperti di banyak bidang, akademisi dan industri di ruang kuantum, mereka berbicara dalam bahasa yang berbeda dan mempunyai insentif yang berbeda, namun faktor finansial dan lingkungan yang kuat membuat mereka semakin dekat.”
Irlandia, menurutnya, meskipun memasuki perlombaan kuantum sedikit lebih lambat dibandingkan negara-negara Eropa lainnya, ia mendapatkan momentum. Caffrey menjelaskan bahwa para ahli di negara ini memanfaatkan kekuatan mereka dengan membangun basis penelitian yang kuat, mengembangkan keahlian mendalam di bidang semikonduktor, dan menarik banyak perusahaan teknologi terbesar di dunia untuk ikut serta.
“Strategi nasional dan investasi baru-baru ini, meskipun kecil jika dibandingkan, telah memberikan fokus nyata kepada masyarakat. perusahaan Irlandia seperti Equal1 menarik investasi internasional yang signifikan dan perusahaan-perusahaan kuantum internasional semakin memilih untuk mendirikan di sini.
“Sebagai negara kecil, kami tidak bisa melakukan segalanya, tapi kami pasti bisa memainkan peran utama di bidang-bidang tertentu.”