Наплели моду

Обзор. Часть III (окончание).

Наплели моду. Что не так с поисками майорановских фермионов и при чем тут Microsoft

Делфтские нанопроволоки

Когда в Мэриленде предсказали майораны в нанопроволоке на сверхпроводнике, лаборатория Лео Коувенховена в Делфтском университете (Нидерланды) занималась исследованиями подобных систем уже несколько лет. Благодаря накопленному опыту и технологической экспертизе ученым из Делфта первыми удалось создать необходимую гибридную структуру из полупроводниковой нанопроволоки с нанесенным на нее тонким слоем сверхпроводника и успешно измерить ее. Опубликованная ( https://www.science.org/doi/10.1126/science.1222360 ) статья стала сенсацией и дала старт буму исследований майоран в твердотельных системах.

Были, естественно, и те, кто со скепсисом отнеслись к майорановской интерпретации данных, полученных в лаборатории Коувенховена. Пик в спектре проводимости мог быть вызван и другими физическими механизмами — в частности, связанными со степенью беспорядка в материалах системы на наномасштабе, а также с неидеальным контактом сверхпроводника с нанопроволокой. Поэтому Коувенховен с коллегами продолжили работать над тем, чтобы получить максимально чистый результат, и, естественно, отчитываться о своих успехах в премиальных научных журналах. Которые с интересом читали не только скептики.

Добро пожаловать в хайп

Начиная с середины 2010-х квантовые технологии становятся, наконец, популярны не только среди академиков и внимательных к науке инвесторов. Google приглашают к себе Джона Мартиниса со всей его командой, чтобы те занялись созданием в Калифорнии сверхпроводниковых квантовых процессоров, IBM предоставляют облачный доступ к своему квантовому вычислителю на той же базе. Другие компании (Honeywell, Infineon, IonQ) выбирают для себя еще одну развитую платформу — захваченные в электромагнитную ловушку ионы. Начинается квантовая гонка: все ее участники последовательно увеличивают доступное число кубитов в своих квантовых процессорах и улучшают их характеристики (о том, где в этой гонке находятся российские исследователи, читайте в материале «Квантовое преследование» https://nplus1.dev/material/2021/09/09/quantum-pursuit ).

Для Microsoft, которая cделала ставку на энионы, делфтские нанопроволоки стали подтверждением их правоты. Стремясь укрепить свои позиции в этой области, корпорация начала активно инвестировать сразу в несколько научных групп по всему миру: США, Нидерланды, Дания, Австралия. Разумеется, в числе них оказывается и лаборатория Лео Коувенховена, возглавляющая экспериментальную гонку за майорановскими нулевыми модами для квантовых компьютеров будущего.

С 2017 года, когда Коувенховен возглавил ( https://qutech.nl/2017/06/01/microsoft-and-tu-delft-collaboration-started/ ) Station Q в Делфте, его лаборатория опубликовала несколько десятков статей, так или иначе связанных с поисками майоран (само собой, успешными), в ведущих научных журналах. Разумеется, такие успехи не могли не радовать менеджеров Microsoft, радостно отчитывавшихся о стремительном прогрессе в области топологически защищенных квантовых вычислениях. Вот только продемонстрировать хотя бы один кубит на майорановских фермионах им все никак не удавалось, не говоря уже о многокубитном квантовом процессоре. Инвесторы, само собой, немного волновались, но были готовы потерпеть.

Преуспевающая лаборатория Коувенховена не только породила бум в исследовании нанопроволок, но и обучила целое поколение молодых физиков, твердо уверенных в возможности поймать майорановские нулевые моды и заставить их работать кубитами. Многие из них, пройдя подготовку в Делфте, потом продолжила заниматься теми же исследованиями в лабораториях по всему миру. Но ни один из учеников Коувенховена пока не смог подняться до уровня учителя, который последовательно продолжал находить следы майоран в своих экспериментальных системах.

Брут et al.

Вместо этого в начале 2021 года воспитанники Коувенховена, Сергей Фролов из Питтсбурговского университета (США) и Винсент Моурик из Исследовательского центра Юлих (Германия) показали ( https://www.nature.com/articles/s41567-020-01107-w ), что знаменитый пик проводимости, знаменующий появление майоранов, возникает в аналогичном эксперименте только на одном конце нанопроволоки. В то время как делокализованные майорановские фермионы должны появляться с обеих ее концов. Так что результат, о котором группа Коувенховена отчиталась ( https://www.nature.com/articles/nature26142 ) за три года до этого на страницах флагманского Nature, должен как минимум быть поставлен под сомнение.

Вдобавок к этому ученые показали, что результаты Коувенховена можно воспроизвести с помощью точного подбора экспериментальных параметров системы. И в этом случае они к майоранам никакого отношения не имеют. Например, такую картину могут давать тривиальные энергетические состояния, возникающие при

Андреевском рассеянии

на интерфейсах системы (когда падающий на границу сверхпроводника электрон отражается обратно в металл в виде дырки). К сожалению, в отличие от майоран, для квантовых вычислений такие состояния не подходят.

Моурика и Фролова нельзя назвать голословными критиками — они соавторы статьи 2012 года, с которой все началось, Моурик вообще был ее первым автором. Так что критика учеников была услышана, и Коувенховен с соавторами вскоре отозвали ( https://www.nature.com/articles/s41586-021-03373-x ) работу 2018 года. А через год все повторилось: в апреле 2022 была отозвана ( https://www.nature.com/articles/s41586-022-04704-2 ) еще одна статья группы Коувенховена, данные которой (и их интерпретация) были также поставлены под сомнение Фроловым и Моуриком. И это, кажется, еще не конец: воспитанники Делфта уже составили список из десятка научных работ ( https://twitter.com/spinespresso/status/1503352928656138241 ) своих коллег и учителей, которые требуют скрупулезной проверки.

Под прицелом оказались не только работы Коувенховена, но и его датского коллеги по Station Q Чарли Маркуса, возглавляющего «неинститут» Microsoft на базе Копенгагенского университета. Несколько работ его группы, экспериментально подтверждавших существование майоран в твердотельных системах, не смогли воспроизвести ученые в других лабораториях. А на многочисленные запросы поделиться полными данными экспериментов Маркус ответил лишь однажды. Летом 2021 года журнал Science направил ( https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl5286 ) запрос в Институт Нильса Бора, тот провел внутреннее расследование и заключил, что все в порядке ( https://retractionwatch.com/2021/07/29/science-majorana-paper-earns-an-expression-of-concern/ ) — впрочем, Фролов с Моуриком удовлетворены качеством этой «прожарки» не были ( https://twitter.com/spinespresso/status/1539627866748588035 ).

Microsoft тоже были вынуждена отреагировать на резонансные отзывы работ ученых из лабораторий под ее опекой. В 2021 году компания приостановила сотрудничество с Чарли Маркусом, а в 2022, незадолго до отзыва второй делфтской статьи, освободил ( https://www.agconnect.nl/artikel/kwantumpionier-leo-kouwenhoven-opeens-weg-bij-microsoft ) свою должность в Делфте и Лео Коувенховен. Несмотря на такой крутой поворот, компания не отказывается от своих планов по реализации квантового компьютера на майорановских кубитах. Более того, незадолго до ухода Коувенховена корпорация заявила ( https://www.microsoft.com/en-us/research/blog/microsoft-has-demonstrated-the-underlying-physics-required-to-create-a-new-kind-of-qubit/ ), что существование майорановских нулевых мод подтвердилось в другом эксперименте, к которому голландец не имел никакого отношения. Через несколько месяцев появился препринт ( https://arxiv.org/pdf/2207.02472.pdf ) с его описанием, но полные данные никому, кроме отдельных избранных, посмотреть пока так и не дали.

Цели и средства

Высказанная Майораной почти столетие назад гипотеза о существовании особого класса частиц ничем не отличается от тысяч других гипотез. И хотя многие физики уверены в правоте великого итальянца, проверять его мысль нужно ничуть не менее скрупулезно, чем остальные.

Сегодня все больше ученых призывают повысить стандарты проверки экспериментальных данных. Среди прочего, они выступают за то, чтобы научная коммуникация не ограничивалась публикацией статей: те всегда включают в себя лишь избранную часть результатов. Немало работ не пришлось бы отзывать после публикации, если бы вместе с рукописями в журналы присылали все данные, полученных в ходе экспериментов (о сюжетах, подобных истории с майорановскими нулевыми модами, мы писали в материалах «Не повторяется такое никогда» https://nplus1.ru/material/2015/09/08/psycrisis, «Собака съела протокол» https://nplus1.dev/material/2021/12/10/project-reproducibility-cancer-biology и «Сумерки катализа» https://nplus1.ru/material/2022/04/15/catalysis-troubles ).

Кто-то, безусловно, может сказать, что расследования ( https://arxiv.org/abs/2203.17060 ) Фролова и Моурика подрывают доверие ко всей области исследований майорановских фермионов. И будет в определенной мере прав, ведь они публично развенчивают успехи Коувенховена, а вместе с этим дают основания подозревать, что или в цепочке теоретиков между Этторе Майораной и нашими современниками кто-то ошибся, или сам Майорана . А общественное мнение влияет на то, какие направления науки получают материальную поддержку и благодаря этому развиваются. И значит есть риск, что искать майораны дальше будет некому, потому что оплачивать эти поиски никто не захочет.

С другой стороны, пристальное внимание майорановские частицы получили именно потому, что их существование заинтересовало Microsoft, — настолько, что они вложили в их поиски уже немало денег. И интерес этот, естественно, не бескорыстный. Частные компании тщательно оберегают доступ к информации, которая дает им конкурентное преимущество на рынке. Так появляются корпоративные лаборатории, в которых работают корпоративные ученые и проводят корпоративные эксперименты. А в ответ на просьбу ( https://twitter.com/condensed_the/status/1503516377231077387 ) раскрыть данные резонансных исследований Центр теории конденсированных сред Университета Мэриленда отвечает ( https://twitter.com/condensed_the/status/1503510700198711300 ), что окончательное доказательство существование квазчастиц, которые являются сами себе античастицами, — увы, коммерческая тайна.

Евгений Глушков

https://nplus1.dev/material/2022/09/08/majoranas-hoax

Источник: nplus1.dev

Комментарии: