Taiwan Berupaya Mengubah Keunggulan di Industri Chip Menjadi Keunggulan di Bidang Kuantum

Mengapa keunggulan Taiwan dalam industri chip penting bagi komputasi kuantum

Kekuatan Taiwan dalam pembuatan chip menjadi landasan dorongan baru untuk membangun ekosistem komputasi kuantum dalam negeri. Dalam beberapa hari terakhir, sejumlah tokoh senior dari Academia Sinica dan Industrial Technology Research Institute mendesak pemerintah dan industri untuk mengubah keunggulan semikonduktor negara itu menjadi momentum bagi perangkat keras, perangkat lunak, dan talenta kuantum. Chip merupakan inti setiap sistem kuantum, mulai dari perangkat qubit hingga elektronik kendali kriogenik. Hal ini membuka peluang praktis bagi Taiwan untuk bergerak lebih cepat daripada yang diperkirakan dari ukuran negaranya.

Hal yang membedakan mesin kuantum adalah qubit, perangkat yang dapat berada dalam beberapa keadaan sekaligus. Qubit rapuh. Panas, getaran, dan sinyal listrik liar dapat dengan cepat merusak informasinya. Sebagian besar rancangan beroperasi pada suhu mendekati nol mutlak. Chip yang menciptakan, mengukur, dan mengendalikan qubit harus presisi, minim gangguan, dan andal pada suhu kriogenik. Pembuatan komponen semacam itu mengandalkan keterampilan yang sama dengan yang mendukung semikonduktor mutakhir, termasuk litografi presisi, material canggih, dan kendali proses dengan tingkat hasil produksi tinggi.

Taiwan telah memproduksi sebagian besar chip logika tercanggih di dunia yang menggerakkan kecerdasan buatan dan komputasi berkinerja tinggi. Para analis memperkirakan pabrik fabrikasi Taiwan menyumbang sekitar 90 persen node tercanggih yang digunakan platform global. Negara itu juga unggul dalam pengemasan dan pengujian, yang sangat penting untuk merangkai perangkat padat agar dapat dimasukkan ke dalam lemari es pengenceran. Perpaduan kekuatan inilah yang membuat para pakar setempat berpendapat bahwa Taiwan dapat menerjemahkan kepemimpinan di bidang chip menjadi kemajuan praktis dalam teknologi kuantum.

Dari pabrik fabrikasi ke qubit, kemampuan yang dapat dimanfaatkan

Sejumlah kemampuan dari produksi semikonduktor modern dapat langsung diterapkan dalam penelitian kuantum. Litografi yang sangat presisi dan disiplin ruang bersih mendukung pembuatan struktur qubit dalam sirkuit superkonduktor dan titik kuantum silikon. Pengemasan canggih dan interkoneksi membantu menyalurkan ribuan jalur kendali ke lingkungan dingin tanpa menambah gangguan. Kendali proses yang matang meningkatkan keseragaman dan hasil produksi, dua faktor yang membatasi skala perangkat kuantum saat ini. Di bidang elektronik, pengalaman Taiwan dengan chip frekuensi radio dan antarmuka berkecepatan tinggi dapat membantu merancang chip kendali kriogenik yang ditempatkan dekat dengan qubit dan mengurangi kerumitan kabel.

Usulan para pakar di Taipei

Chen Chii-dong, peneliti senior terkemuka di Pusat Penelitian Isu Kritis Academia Sinica sekaligus pejabat eksekutif Pusat Tematik Komputasi Kuantum lembaga itu, memaparkan tujuan yang jelas: membangun kemampuan di dalam negeri. Ia berpendapat Taiwan harus menyusun upaya menyeluruh yang mencakup perangkat, perangkat lunak kendali, dan platform pengujian.

Dalam memaparkan alasannya untuk mendorong program nasional, Chen mengatakan Taiwan harus mengubah kekuatan di bidang chip menjadi program kuantum yang lengkap dan melatih spesialis dari berbagai bidang. Ia mengatakannya secara lugas:

Taiwan memiliki keunggulan mutlak di bidang semikonduktor yang harus dimanfaatkan untuk membangun ekosistem komputasi kuantumnya sendiri dan mengembangkan talenta lokal.

Ia juga mendorong pembuatan prototipe yang berfungsi di Taiwan. Membangun komputer kuantum dalam negeri bukan sekadar simbolis. Upaya langsung ini akan menjadi landasan bagi pembelajaran pemasok dan pengembangan perangkat di seluruh lapisan teknologi. Seperti dijelaskan Chen:

Pengembangan komputer kuantum buatan dalam negeri akan mendorong kemajuan perangkat keras dan perangkat lunak kendali terkait.

Jeff Lin, direktur jenderal Pusat Strategi Internasional Industri, Sains dan Teknologi ITRI, memaparkan pedoman kebijakan dan industri. Ia mendesak Taiwan untuk berfokus pada teknologi kuantum inti yang terkait dengan kecerdasan buatan, bergabung dalam kemitraan rantai pasok dengan Amerika Serikat, Eropa, dan Jepang, memperkuat kolaborasi antara industri dan akademisi, serta membangun platform penelitian dan verifikasi yang mempercepat komersialisasi. Ia juga menyerukan aturan terkait risiko, kedaulatan data, dan etika, serta reformasi hukum dan pendidikan untuk mendukung talenta lintas disiplin. Ia menggambarkan taruhannya sebagai berikut:

Teknologi kuantum telah menjadi garis depan strategis baru setelah AI. Sekitar 30 negara telah memasukkannya ke dalam rencana pembangunan nasional.

Rencana Lin juga mengedepankan pendekatan ekosistem: tempat uji nasional bagi perusahaan rintisan dan universitas untuk memvalidasi gagasan, jalur pendanaan yang dikaitkan dengan pencapaian target, serta program untuk mengubah modul penelitian menjadi subsistem berstandar industri. Tujuannya adalah mempercepat siklus pembelajaran, mempersingkat waktu antara hasil laboratorium dan penerapan percontohan, serta memperjelas jalur bagi insinyur yang beralih dari pekerjaan chip klasik ke proyek kuantum.

Posisi Taiwan dalam persaingan global

Teknologi kuantum kini menjadi bagian dari persaingan yang lebih luas di bidang chip, komputasi, dan industri strategis. Amerika Serikat dan sekutunya berinvestasi besar melalui program publik dan kemitraan swasta, sekaligus memperketat aturan ekspor peralatan canggih yang dikirim ke China. Ekspansi TSMC di Arizona yang didukung pendanaan publik mencerminkan dorongan untuk membangun kapasitas semikonduktor canggih yang tangguh. Langkah-langkah ini mengubah lokasi penelitian sensitif dan tempat rantai pasok masa depan akan berpusat.

Sementara itu, China berinvestasi besar-besaran untuk mengurangi ketergantungan pada teknologi asing. Bank kebijakan, dana negara, dan program provinsi mendukung proyek chip dan kuantum dalam negeri, disertai perekrutan talenta dan pembatasan baru atas material strategis. Upaya ini meningkatkan taruhan bagi Taiwan. Sektor chip pulau itu berada di pusat rantai nilai global, tetapi industri tersebut juga menghadapi tekanan untuk menggandakan kapasitas di luar negeri dan mengelola risiko kebijakan.

Bagi Taiwan, perpaduan peluang dan kerentanan itu menuntut tindakan. Negara itu dapat memanfaatkan kemitraan tepercaya untuk bergabung dalam konsorsium kuantum internasional, sambil mempertahankan pekerjaan bernilai tinggi di dalam negeri. Taiwan juga dapat memosisikan diri sebagai penghubung antara chip klasik dan eksperimen kuantum, bidang yang telah didukung oleh skala, keahlian, dan jaringan pemasok yang kuat.

Jalur perangkat keras yang cocok bagi Taiwan

Belum ada satu pun rancangan qubit yang unggul. Setiap pendekatan utama memiliki kompromi dalam toleransi terhadap gangguan, suhu operasi, kecepatan gerbang, dan kemudahan produksi. Taiwan tidak perlu menguasai semua jalur. Strategi yang lebih baik adalah memilih ceruk yang selaras dengan kekuatan chip dan klaster pemasok yang sudah ada, lalu mengintegrasikan komponen tersebut ke dalam program global.

Sirkuit superkonduktor

Qubit superkonduktor menggunakan sambungan Josephson yang dibentuk pada film tipis yang dapat menghantarkan listrik tanpa hambatan pada suhu sangat rendah. Pembuatannya memerlukan film superkonduktor yang bersih, pembentukan pola yang akurat, dan perlakuan permukaan yang cermat. Hambatan terbesarnya adalah pengemasan kriogenik dan kendali gelombang mikro. Perusahaan pengemasan canggih Taiwan dapat mengembangkan interposer dengan kehilangan rendah dan kabel tiga dimensi yang menyalurkan sinyal gelombang mikro ke tahap kriogenik. Tim elektronik lokal dapat merancang modul kendali ringkas dan filter yang membatasi gangguan. Laboratorium pengujian dapat mengkhususkan diri pada prosedur kalibrasi untuk mempersingkat waktu yang diperlukan guna menjalankan chip baru di dalam lemari es pengenceran.

Qubit spin dalam silikon

Qubit spin dalam silikon dibuat dari titik kuantum yang terbentuk dalam susunan semikonduktor yang sudah dipahami dengan baik. Keunggulannya jelas. Secara prinsip, perangkat ini dapat memanfaatkan litografi dan kendali proses yang telah tersedia di pabrik fabrikasi terkemuka. Program global menunjukkan bahwa perangkat spin silikon dapat diproduksi dengan peralatan konvensional, lalu dipasangkan dengan sirkuit kendali kriogenik. Jika qubit dapat beroperasi pada suhu mendekati 4 kelvin, alih-alih milikelvin, integrasi dengan CMOS suhu rendah akan lebih mudah dan pengkabelan dapat disederhanakan. Perusahaan pengecoran dan perancang chip Taiwan berada dalam posisi yang baik untuk menjajaki jalur ini, terutama jika proyek nasional mendanai perangkat pengembangan proses bersama, produksi bergiliran, dan perangkat otomasi desain elektronik kriogenik.

Sistem fotonik dan ion

Qubit ion terperangkap dan fotonik lebih mengandalkan optik presisi, laser, dan sistem vakum daripada tahapan silikon konvensional. Meski demikian, Taiwan tetap dapat berkontribusi. Fotonik terintegrasi, pengemasan optik, dan material khusus adalah bidang yang dapat memanfaatkan keahlian pemasok yang sudah ada. Universitas dapat memimpin pengembangan sumber laser stabil, sakelar optik, dan repeater kuantum untuk komunikasi aman.

Dalam semua pendekatan, ada dua tema yang berulang. Pertama, infrastruktur kriogenik dan tenaga ahli pengukuran sangat penting. Kedua, rancangan hibrida yang menggabungkan prosesor kuantum dengan akselerator klasik akan mendominasi aplikasi awal. Kedekatan Taiwan dengan rantai pasok komputasi berkinerja tinggi menjadi keunggulan struktural bagi model hibrida tersebut.

Talenta dan pendidikan

Komputasi kuantum memadukan fisika, ilmu komputer, teknik elektro, ilmu material, dan matematika terapan. Chen menekankan waktu yang dibutuhkan untuk mengembangkan keahlian dan mendorong mahasiswa serta insinyur di pertengahan karier untuk memasuki bidang ini dari fisika, ilmu informasi, teknik elektro, dan elektronika. Jalur perkuliahan yang bergerak dari aljabar linear dan mekanika kuantum ke teori kendali dan teknik kriogenik dapat membantu pendatang baru menguasai bidang ini.

Taiwan mulai menata langkah. Kantor Program Kuantum Taiwan (2021) dan Tim Kuantum Nasional (2022) dibentuk dengan anggaran multiyear yang berjumlah sekitar 259 juta dolar AS selama lima tahun. Agenda keduanya mencakup perangkat keras komputer kuantum, optik, perangkat lunak, dan aplikasi. Sejumlah proyek lokal telah melaporkan prototipe, termasuk komputer kuantum buatan dalam negeri dan demonstrasi distribusi kunci kuantum. Negara itu juga aktif dalam kriptografi pascakuantum dan menjadi lokasi Quantum Safe Migration Center yang membantu lembaga merencanakan peningkatan sistem untuk menghadapi serangan mesin kuantum di masa depan.

Kemitraan dan tata kelola

Pejabat dan peneliti berpendapat Taiwan harus memperdalam kerja sama dengan Amerika Serikat, Eropa, dan Jepang dalam penelitian maupun rantai pasok. Partisipasi dalam program global memberikan akses ke tempat uji bersama, proses fabrikasi, dan standar. Kerja sama dengan India juga menjanjikan, mengingat Misi Kuantum Nasional India serta keunggulannya dalam komunikasi dan pengindraan kuantum. Proyek bersama dapat memadukan keahlian Taiwan dalam perangkat dan chip dengan keunggulan mitra dalam algoritma, metrologi, dan sistem berjaringan.

Tata kelola juga perlu mendapat perhatian. Jeff Lin telah menyerukan kerangka kerja menyeluruh yang mencakup penilaian risiko, kedaulatan data, dan etika. Peralihan ke kriptografi pascakuantum harus dijadwalkan dan diuji di seluruh infrastruktur kritis, dengan pencapaian target pengadaan dan kepatuhan. Aturan kendali ekspor, perlindungan kekayaan intelektual, dan protokol keamanan akan menentukan pihak yang dapat mengerjakan proyek tertentu serta peralatan yang dapat dibagikan. Kebijakan yang jelas mengurangi ketidakpastian bagi perusahaan rintisan dan peneliti, sekaligus membangun kepercayaan dengan mitra internasional.

Tantangan yang harus diatasi Taiwan

Peralatan khusus masih langka. Lemari es pengenceran, stasiun probe suhu rendah, dan perangkat pengukuran frekuensi tinggi berharga mahal dan pasokannya terbatas. Fasilitas bersama dapat mengurangi hambatan ini, tetapi membutuhkan pendanaan berkelanjutan dan operator terampil. Waktu penggunaan pabrik fabrikasi juga menjadi kendala karena lini produksi sudah penuh dengan permintaan tinggi untuk chip AI dan server. Tanpa modul proses khusus dan jadwal produksi bergiliran, perangkat kuantum akan mengantre di belakang pesanan komersial.

Contoh industri menunjukkan pentingnya hubungan erat antara peralatan semikonduktor dan penelitian kuantum. Program besar di luar negeri tengah menguji qubit spin silikon dengan proses standar, sekaligus membangun chip kendali kriogenik dan infrastruktur pengujian di sekitarnya. Pelajarannya bukan bahwa Taiwan harus meniru satu pendekatan tertentu. Pelajarannya adalah tim kuantum membutuhkan akses ke litografi, metrologi, dan pengemasan canggih sekarang juga. Taiwan memiliki keahlian untuk menempuh jalur-jalur ini jika menyediakan peralatan, tenaga, dan waktu yang diperlukan.

Rencana dan target jangka pendek

Dewan Sains dan Teknologi Nasional Taiwan merencanakan proyek pembangunan komputer induk kuantum pada 2026. Tujuannya adalah menghubungkan komputer induk kuantum dengan platform komputasi berkinerja tinggi, sehingga menciptakan sumber daya hibrida yang dapat diakses peneliti dan industri. Rencana ini sejalan dengan tren global untuk memadukan prosesor kuantum dengan superkomputer dan akselerator AI demi menangani beban kerja praktis.

Sejumlah langkah konkret dapat mempercepat kemajuan. Pusat kriogenik nasional dengan beberapa ruang lemari pendingin dan model layanan akan mempersingkat waktu tunggu eksperimen. Program chip kendali CMOS kriogenik akan melibatkan perusahaan perancang chip dan menciptakan blok pembangun yang dapat digunakan kembali. Lini percontohan pengemasan untuk qubit superkonduktor dan spin akan memungkinkan tim mengembangkan interkoneksi dengan kehilangan rendah dan pengkabelan 3D secara bertahap. Produksi bergiliran secara berkala dengan perangkat pengembangan proses yang dirancang untuk perangkat kuantum akan menghasilkan data perangkat dan meningkatkan hasil produksi. Platform pengujian dan verifikasi publik akan memberi perusahaan rintisan tempat untuk memvalidasi komponen, sementara dana inovasi yang dikaitkan dengan target teknis yang jelas akan membantu menjembatani hasil laboratorium dengan produk awal.

Kasus penggunaan yang perlu diprioritaskan

Sejumlah bidang aplikasi selaras dengan kekuatan Taiwan. Di sektor semikonduktor, algoritma yang terinspirasi kuantum dan, kelak, akselerator kuantum berukuran kecil dapat membantu penemuan material, simulasi proses, dan optimasi desain. Di bidang keamanan siber, pemerintah dan sektor keuangan dapat menjadwalkan peralihan ke kriptografi pascakuantum serta menguji tautan komunikasi kuantum untuk lalu lintas sensitif. Di bidang kesehatan, metode kuantum mungkin dapat membantu pemodelan protein atau rekonstruksi citra setelah perangkat kerasnya matang. Di sektor energi dan manufaktur, alur kerja kuantum-klasik hibrida dapat meningkatkan penjadwalan dan logistik dalam rantai pasok yang kompleks. Setiap jalur ini memberi manfaat dari pengujian sejak dini, bahkan sebelum tersedia mesin besar yang toleran terhadap kesalahan.

Pokok-pokok utama

• Chen Chii-dong dari Academia Sinica mendesak Taiwan membangun komputer kuantum dalam negeri untuk mendorong kemajuan perangkat keras, perangkat lunak kendali, dan pengujian.
• Jeff Lin dari ITRI menyerukan rencana nasional yang berfokus pada teknologi inti terkait AI, kemitraan global, tata kelola risiko dan data, serta platform penelitian dan verifikasi.
• Kekuatan Taiwan dalam fabrikasi, pengemasan, dan pengujian chip dapat mendukung proyek kuantum superkonduktor, spin silikon, dan fotonik.
• Geopolitik sedang membentuk ulang rantai pasok. Amerika Serikat dan sekutunya berinvestasi dan memperketat kendali, sementara China mendorong kemandirian.
• Taiwan telah membentuk program nasional, termasuk Kantor Program Kuantum Taiwan (2021) dan Tim Kuantum Nasional (2022), dengan anggaran multiyear.
• Kesenjangan utama mencakup terbatasnya infrastruktur kriogenik, kelangkaan peralatan khusus, dan akses ke pabrik fabrikasi. Fasilitas bersama dan produksi bergiliran khusus dapat membantu.
• Dewan Sains dan Teknologi Nasional merencanakan proyek integrasi kuantum dan HPC pada 2026 untuk menciptakan sumber daya hibrida bagi penelitian dan industri.
• Kasus penggunaan prioritas mencakup penelitian dan pengembangan material serta chip, kriptografi pascakuantum, komunikasi kuantum, dan optimasi rantai pasok.