MIT Kembangkan SCIGEN, Alat AI untuk Temukan Material Quantum

MIT bersama sejumlah universitas terkemuka berhasil menciptakan sebuah terobosan baru: alat bernama SCIGEN yang membuat Artificial Intelligence (AI) lebih mampu menghasilkan material dengan potensi besar bagi pengembangan Computer Quantum. Temuan ini diharapkan bisa mempercepat lahirnya teknologi masa depan.

AI dan Tantangan Menemukan Material Kuantum

Selama bertahun-tahun, peneliti di bidang sains material menghadapi satu kendala besar: menemukan material yang tepat untuk mendukung perkembangan komputer kuantum. Meski kecerdasan buatan sudah banyak digunakan untuk mengusulkan senyawa baru, model AI umumnya hanya mampu menghasilkan material stabil, bukan material dengan pola kristal unik yang diperlukan untuk memunculkan sifat kuantum, seperti superkonduktivitas atau magnetisme eksotis.

Dengan kata lain, AI yang ada di pasaran cenderung “bermain aman” dan memilih struktur yang sudah dikenal stabil. Padahal, untuk riset kuantum, yang dibutuhkan justru material dengan bentuk kisi atom tertentu yang dapat menciptakan fenomena langka di tingkat elektron.

 
Terobosan MIT: SCIGEN

Untuk menjawab tantangan tersebut, tim peneliti yang dipimpin MIT memperkenalkan sebuah alat baru bernama SCIGEN. Perangkat lunak ini bekerja sebagai lapisan tambahan yang ditempatkan di atas model AI berbasis diffusion model.

Jika model AI biasa hanya menghasilkan struktur secara acak, SCIGEN berfungsi seperti penyaring pintar. Ia memblokir setiap hasil yang tidak sesuai dengan aturan geometri yang sudah ditentukan peneliti. Aturan ini berhubungan dengan pola kisi atom (lattice) yang dikenal dapat menumbuhkan perilaku kuantum, seperti kisi segitiga, Kagome, atau Lieb nets.

Dengan cara ini, pencarian material tidak lagi berfokus pada kuantitas belaka, melainkan pada kualitas yang benar-benar relevan dengan riset kuantum.

 
Hasil Riset: Dari Jutaan Kandidat hingga Material Nyata

Dalam penelitian yang dipublikasikan di jurnal Nature Materials, SCIGEN digunakan untuk mengarahkan model AI bernama DiffCSP dalam menghasilkan Archimedean lattices, yakni pola kisi dua dimensi yang tersusun dari berbagai bentuk poligon.

Hasilnya cukup mencengangkan:

• Lebih dari 10 juta kandidat material berhasil dihasilkan.
• Dari jumlah itu, sekitar 1 juta kandidat lolos penyaringan stabilitas awal.
• Sebanyak 26.000 struktur kemudian diuji lebih lanjut dengan simulasi superkomputer di Oak Ridge National Laboratory.
• Dari hasil simulasi tersebut, 41% menunjukkan sifat magnetik yang sesuai dengan prediksi model.

Tak hanya berhenti di simulasi, para peneliti di Michigan State University dan Princeton University bahkan berhasil mensintesis dua material baru di laboratorium, yaitu TiPdBi dan TiPbSb, yang sifatnya sesuai dengan perkiraan AI.

 
Mengapa Temuan Ini Penting?

Material kuantum sering kali bergantung pada bentuk kristalnya, bukan pada elemen penyusunnya. Misalnya, kisi segitiga atau Kagome bisa membuat elektron tetap bergerak bahkan pada suhu rendah, menciptakan kondisi yang disebut quantum spin liquid.

Kondisi ini sangat berharga karena dapat digunakan sebagai blok bangunan qubit yang lebih stabil dalam komputer kuantum. Selama ini, para peneliti hanya menemukan segelintir kandidat material yang sesuai, dan itu pun memerlukan waktu bertahun-tahun.

Dengan SCIGEN, jumlah kandidat yang relevan meningkat drastis. Artinya, peneliti kini memiliki ratusan hingga ribuan peluang baru untuk menemukan material kuantum yang benar-benar bekerja.

Menurut Mouyang Cheng, mahasiswa doktoral MIT sekaligus penulis utama penelitian ini:

“Pola kisi Archimedean bisa menghasilkan quantum spin liquid dan flat bands yang meniru sifat unsur tanah jarang tanpa harus menggunakan unsur tersebut. Ini sangat penting, bahkan bisa bermanfaat untuk aplikasi lain seperti penangkapan karbon.”
 

Kolaborasi Multi-Universitas

Penelitian ini bukan hanya hasil kerja MIT semata, melainkan kolaborasi berbagai institusi.

• MIT dan CSAIL: merancang kerangka aturan dan desain riset.
• Oak Ridge National Laboratory: menjalankan simulasi superkomputer berskala besar.
• Michigan State & Princeton University: bertugas dalam sintesis material dan validasi laboratorium.
• Drexel University: memberikan pandangan eksternal tentang potensi alat ini untuk aplikasi lebih luas, mulai dari elektronik, magnetik, hingga optik generasi berikutnya.

Menurut Weiwei Xie dari Michigan State:

“Ada pencarian besar untuk material komputer kuantum dan superkonduktor topologi, dan semua ini terkait erat dengan pola geometris material.”

Sementara Robert Cava dari Princeton menambahkan:

“Banyak material quantum spin liquid hanya mungkin ada dalam kisi segitiga atau Kagome. Jika materialnya sesuai dengan pola itu, peneliti kuantum langsung tertarik. Dengan cara ini, kita bisa mendapat ratusan hingga ribuan kandidat baru dalam waktu singkat.”

Meski hasilnya menjanjikan, para penulis penelitian menegaskan bahwa validasi laboratorium tetap sangat penting. Hanya dengan uji nyata, dapat dipastikan bahwa material yang dihasilkan AI benar-benar bisa dibuat dan sifatnya sesuai dengan prediksi.

Ke depan, tim MIT berencana menambahkan aturan desain lain ke dalam SCIGEN, seperti batasan kimiawi dan fungsional. Tujuannya adalah untuk memperluas pencarian sekaligus membuat hasil yang diperoleh semakin relevan bagi kebutuhan teknologi kuantum.

Jika selama ini peneliti harus menunggu bertahun-tahun hanya untuk menemukan beberapa kandidat material, kini mereka memiliki jutaan opsi yang lebih tepat sasaran. Dunia sains material pun tampak selangkah lebih dekat menuju masa depan teknologi kuantum.