微软赞助的研究被Nature撤稿了,而且还是2021年“第一撤”。原本被物理学界视为颠覆量子计算技术的成果,不过是论文作者删改数据得来的结论,根本靠不住。而被发现的原因,竟是作者团队内部人员的“秘密举报”。
原来,这篇论文于2018年登上Nature,不久后,团队中某人就做出一个“大胆之举”:将实验原始数据透露给已经离开团队的“师兄”。“师兄”很快发现,真实的实验结果,不但不能支持结论,而且完全相悖!于是他们毫不犹豫地选择向Nature捅出真相。
2018年3月28日,受雇于微软的荷兰代尔夫特理工大学教授Leo Kouwenhoven,领导他的研究团队在Nature上发表了名为Quantized Majorana conductance的论文。论文声称,在纳米线发现了被称为“天使粒子”的马约拉纳费米子存在的有力证据。而如果这种粒子存在,那么就通过操控这种有诸多优点的粒子,实现一种全新的量子计算机。
但是,2019年11月24日,论文其中一位作者将整个研究的完整数据,打包发给了团队之外的两个人:匹兹堡大学的物理学教授谢尔盖·弗罗洛夫和澳大利亚新南威尔士大学的文森特·穆里克。经过比对,他们发现,关键实验数据与论文中完全对不上,本文的结论,根本不能成立。
2020年4月29日,Nature对这篇论文表达了“编辑关注”。之后,论文启动撤回程序。2021年1月,论文作者团队又发表了名为Large zero-bias peaks in InSb-Al hybrid semiconductor-superconductor nanowire devices的文章。这是结合了实验完整数据的论文,并讨论了真实结果的意义。但并未解释为何之前修改数据。
2021年2月,弗罗洛夫等人在推特贴出了论文数据存在人为剪辑的证据:对比图中,上方是实验原始数据,下方是论文中的数据。在论文图2量子化马约拉纳电导峰中,原数据右侧量子化零偏峰值和峰分裂部分直接被删掉了。而这一部分数据恰与论文结论相悖。
2018年的文章研究了什么?早在2005年微软就开始研究量子计算技术,当时还悄悄成立了「Station Q」实验室。但之后,却眼看着IBM、Google和Intel等竞争对手纷纷建造了具有多个量子比特的量子计算机,说微软不急,不太可能。
一般来说,量子计算的量子比特信息是存储在局域,局域的噪音会对信息产生影响,使量子叠加态迅速坍缩。在拓扑量子计算中,人们定义了一种特殊的粒子,几个粒子在时间空间上进行交换,它们的轨迹就相当于在绳子上打不同的结,从而代表着不同的信息。信息的存储只依赖于交换顺序而不依赖于交换的具体路径,所以拓扑量子计算对局部的微扰是免疫的,从根本上解决退相干难题。
马约拉纳费米子就是这样一种粒子,它的反粒子就是它本身(马约拉纳对称性),这种性质能够保证量子化不受隧道耦合中无序、相互作用和变化的影响。微软相中了这么一条“一步到位”的量子计算机路线。
但是,要产生并观测马约拉纳费米子是非常困难的。微软决定押注荷兰代尔夫特理工大学的物理学家Leo Kouwenhoven,之前他在这个方向上的研究十分有名。2016年,公司聘请了Kouwenhoven,责成他在代尔夫特校园内创建微软实验室。
2018年,论文发表时,团队声称,发现了被称为“天使粒子”的马约拉纳费米子存在的证据。具体到实验中,电传输的隧道谱,例如差分电导中的零偏峰(ZBP),就是识别马约拉纳费米子的主要工具。通过测量,论文最终中给出的实验结果完美支持了理论预期,并且在改变磁场、隧道耦合等参数的情况下,ZBP仍然保持恒定。由此,团队认为他们成功证明了马约拉纳费粒子的存在。
但发表不久,团队改动实验数据的行为就被揭发了。内部“吹哨人”举报,同门前辈“发难”。据最早拿到证据的谢尔盖·弗罗洛夫和文森特·穆里克两人说,文件是由论文的一个作者发给他们的,但“吹哨人”具体是谁,没有透露。
研究被质疑后,代尔夫特理工大学委托了四位外部专家,开始对这一事件调查。就在周一,官方公布了调查结果。结论是,研究人员不是有意误导,只是“过于沉浸在兴奋中”,因而选择了符合自己期望的数据。
另一边,微软负责量子计算的副总裁在一份声明中称,撤稿是研究中的一个挫折,公司对开发量子计算机的方法仍然充满信心。而论文作者就问题主动提醒Nature编辑的做法非常好,值得学术界学习。