酷搜科技 科技杂谈 量子计算遭重创 Science撤回“天使粒子”论文:曾被视为诺奖级发现

量子计算遭重创 Science撤回“天使粒子”论文:曾被视为诺奖级发现

一项量子计算领域的重磅研究,被Science撤稿了。

这篇研究首次发现了“天使粒子”的存在证据,一度引发学界轰动。

“天使粒子”即马约拉纳费米子,曾被物理学界视为颠覆量子计算的理论成果,其发现对于实现稳定的量子计算意义十分重大,一旦被证实存在将是“诺奖级发现”。

研究论文的通讯作者之一张首晟,也曾被预测为可能拿诺贝尔奖的学者。

随着这篇“天使粒子”论文的撤稿,这一领域也再次被推上了风口浪尖:

量子计算遭重创 Science撤回“天使粒子”论文:曾被视为诺奖级发现

但与“天使粒子”论文遭遇的评价不同,20名作者中有14名都不同意撤稿。

据《中国科学报》介绍,作者之一加州大学洛杉矶分校教授王康隆回应称:撤稿中的相关说法毫无根据。

所以,这篇“天使粒子”论文究竟讲了什么,被撤稿的的前因后果又是?

“天使粒子”究竟是什么?

根据量子力学的定义,物质由费米子和玻色子两种基本粒子组成。

费米子是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子);玻色子是传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)。

这次被卷入舆论浪潮中的“天使粒子”,便是马约拉纳费米子(Majorana fermion)的别名。

马约拉纳费米子,是一种假想费米子,最早由意大利物理学家埃托雷·马约拉纳于1937年首次提出。

其独特之处在于,这种奇异的基本粒子没有反粒子,或者说它的反粒子就是它自己。

在凝聚态物理学中,马约拉纳费米子以准粒子激发的形式存在于拓扑超导体中,它可以用来形成非阿贝尔统计的马约拉纳束缚态。

这也意味着,一旦其被证实存在,无数科学家梦寐以求的拓扑量子计算将成为可能。

据经济日报介绍,对于马约拉纳费米子研究的重要性,上海交通大学李政道研究所讲席教授丁洪曾表示:

马约拉纳费米子的存在一旦被证实,这将是继发现“上帝粒子”之后,又一个诺贝尔奖级的重大发现。

正是因此,近些年来,该领域的研究一直竞争非常激烈,许多华人科学家都先后拿出了亮眼的成绩。

美国斯坦福大学教授张首晟于2008年预言了量子反常霍尔效应,提出了在磁性掺杂的拓扑绝缘体中实现量子反常霍尔效应的新方向。

在经过近4年的研究后,清华大学薛其坤团队第一次从实验上证实了该预言,被杨振宁高度评价为“第一次从中国实验室里发表出来了诺贝尔物理奖级别的论文”。

实验证实,调节外磁场时,反常量子霍尔效应薄膜会呈现出“量子平台”,也就是说,量子世界里的电阻只能整数倍地跳台阶。

量子计算遭重创 Science撤回“天使粒子”论文:曾被视为诺奖级发现

随后,张首晟又进一步提出在量子反常霍尔绝缘体与超导体异质结中的手性马约拉纳费米子可以表现为电学输运测量中的半整数量子化电导平台:

简单来说,不同于传统粒子按整数跳,马约拉纳费米子或许是按半整数跳,也就是“1/2的台阶”。

这一步随后也被加州大学洛杉矶分校王康隆教授在实验中证实,并认为它是手性马约拉纳费米子存在的有力印证。

在上述所有研究的基础上,这次撤稿事件的主角出场了——

2017年,一篇名为“量子反常霍尔绝缘体-超导体结构中的手性马约拉纳费米子模式”的论文刊登在Science上,震惊了全球物理界。

4位通讯作者包括上述提到的张首晟、王康隆,以及何庆林、寇煦丰,均为华人科学家。

量子计算遭重创 Science撤回“天使粒子”论文:曾被视为诺奖级发现

他们在超导-量子反常霍尔平台中发现了具有半个量子电导的边缘电流,与理论预言的手性马约拉纳粒子十分吻合。

这是在霍尔效应平台系统中第一个具有确凿证据的马约拉纳测量结果。

张首晟还为手性马约拉纳费米子取了一个通俗名字——“天使粒子”,他本人也被认为是“很可能拿到诺奖的华人”。

在2014年路透社的诺贝尔奖预测中(2014 Reuters Citation Laureate),也确实出现过张首晟教授的身影。

然而谁也没想到的后续是,张首晟本人于一年后的2018年12月意外去世,关于“天使粒子”存在的质疑声也越来越大。

Nature先撤两篇证据,现在Science也撤了

2020年1月在Science上发表的一篇论文,彻底引爆了学界对“天使粒子”的质疑声浪。

量子计算遭重创 Science撤回“天使粒子”论文:曾被视为诺奖级发现

论文作者、维尔茨堡大学Laurens W. Molenkamp教授课题组,先是找“天使粒子”论文作者要来了原始数据文件,然而看完后疑惑更强烈了。

为了证明这份数据存在问题,来自宾夕法尼亚州立大学的Cui-Zu Chang教授团队做了一年多实验,测试了30多个样品,测试结果均与“天使粒子”论文中给出的这种关键现象完全不同。

这篇质疑论文认为,测试结果不太可能用“天使粒子”(即手性马约拉纳费米子)理论的物理模型进行解释。

但这篇论文发表后,Science编辑们并未第一时间撤回论文。

就在Science犹豫时,Nature率先传来了“天使粒子”相关论文撤稿的消息。

2020年4月,Nature对一篇名为Quantized Majorana conductance的论文表达了“编辑关注”。

量子计算遭重创 Science撤回“天使粒子”论文:曾被视为诺奖级发现

这篇被微软赞助的Nature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(Majorana Fermion)存在的有力证据。

然而来自匹兹堡大学的Sergey Frolov和于利希研究中心的Vincent Mourik,在看过原始数据后,对论文提出了质疑。

两位学者的本职工作都与拓扑量子计算领域相关,而马约拉纳费米子正是这一领域的理论成果。

他们发现,论文数据中存在明显人为剪辑的数据,对此Nature论文作者回应称“是为了美观”。

2021年3月8日,这篇文章终于被撤稿。在发布的撤稿声明中,团队承认了之前对原论文中的电荷跳跃相关数据进行了“不必要的修正”。

量子计算遭重创 Science撤回“天使粒子”论文:曾被视为诺奖级发现

在越来越大的舆论声浪下,Science也坐不住了。

2021年12月7日,Science编辑对“天使粒子”论文表达了“编辑关注”,并提醒读者们注意论文数据的情况。

2022年4月,就在Science进行调查期间,传来了另一篇Nature“天使粒子”相关论文被撤的消息。

这篇名为Epitaxy of advanced nanowire quantum devices的论文是作者团队一致主动要求撤稿的,理由同样是“不适当删改数据”:

在自查时原始数据时,我们发现了最终发布版本中有些数据被不适当地进行了删改或裁剪,因此我们收回这篇文章。

量子计算遭重创 Science撤回“天使粒子”论文:曾被视为诺奖级发现

一连两篇Nature论文被撤,Science编辑终于坐不住了。

2022年11月18日,正式传来了“天使粒子”论文被撤稿的消息,从页面来看,目前这篇文章已经被引用424次。

量子计算遭重创 Science撤回“天使粒子”论文:曾被视为诺奖级发现

对此,Science编辑部给出的理由是:

我们在征求了一些专家的意见之后,做出了这个最终决定,这些专家都签署了保密协议。

经过仔细和详尽的审议,编辑们认为,作者们没有对被要求提供的原始数据中不合规范之处做出科学合理的解释。

这次论文被撤稿,相关领域的学者如何看待?拓扑量子计算领域专家Sergey Frolov和Vincent Mourik表示:

马约拉纳费米子这一领域非常复杂,它需要跨学科的物理专业知识,也更容易受到不可靠论据的影响,因为没有多少专家能充分评估实验结果。我们也担心论文撤稿会给这一研究领域带来影响。

但我们仍然相信马约拉纳费米子有未来。

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