贾浩楠胡子豪发自凹非寺

　　量子位报道公众号 QbitAI

　　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。

　　论文被举报始末

　　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（量化的马约拉纳电导）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（Majorana Fermion）存在的有力证据。

　　而如果这种粒子存在，那么就可以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。

　　可以说，这篇论文的结论直接关乎微软量子计算路线的未来。微软量子计算部门的官网至今还写着对这项技术的憧憬。

　　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（Sergey Frolov）和澳大利亚新南威尔士大学的文森特·穆里克（Vincent Mourik）。

　　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。

　　于是他们开始怀疑论文公布的数据是经过修改剪切的（cut）。

　　2020 年 4 月 29 日，Nature 对这篇论文表达了“编辑关注”。

　　“编辑关注”说明中指出，论文作者提醒编辑，数据处理方式有潜在问题，可能对结论有影响，提醒读者不要使用论文相关结果。

　　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。

　　同时，论文中还“选择性”剪掉了不支持核心结论的电荷跳跃，只保留了 7 个看上去能形成明显零偏峰的电荷跳跃。

　　对于质疑，作者曾回复弗罗洛夫等人说，剪切实验数据图片，是为了美观（for aesthetics）。

　　后来，在 2021 年 3 月 8 日发布的撤稿声明中，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”。

　　△原文中被修正过的电荷跳跃相关数据

　　而重复实验后得到的真实结果表明，重新绘制的实验数据，包括之前没有减掉的，各点都在2-sigma（95%）误差外。

　　所以不能宣称观察到量化的马约拉纳电导。

　　撤稿声明的最后，团队为科学严谨性不足表达了歉意。

　　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（Majorana Fermion）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。

　　△原文中量化的马约拉纳电导平台

　　这项研究成果发布后，引起了众多物理学家的关注，被视为量子计算机的关键突破，为今后实现拓扑量子计算奠定了基础。

　　谷歌学术显示，3 年来，这篇论文已经被引用 400 多次。

　　微软，实现“迎头赶上 IBM、谷歌等老对手，五年内拥有一台商用量子计算机”的计划，似乎更有把握了 。

　　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”

　　还记得前面说过，“有人”透露了实验原始数据吗？

　　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。

　　而弗罗洛夫和穆里克两人，其实与代尔夫特理工大学、研究团队所在实验室，以及团队领导渊源已久。

　　谢尔盖·弗罗洛夫在 2008~2012 年间，就在代尔夫特理工大学的 Kouwenhoven 组做博士后。

　　另一位文森特·穆里克，2010~2015 年间也在代尔夫特理工读博士，研究方向正是马约拉纳-费米子。

　　所以这一次的撤稿事件，是团队内部“吹哨人”，向同实验室的前辈透露真实数据情况，再由这两位前辈向师门“发难”。

　　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”（caught up in the excitement of the moment），因而选择了符合自己期望的数据。

　　但是原论文的问题到底是如何发生的，报告中没有给出完整明确的解释。

　　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。

　　论文的共同一作，分别是来自中国的学者张浩、Liu Chun Xiao，以及荷兰学者 Sa?a Gazibegovi?。

　　荷兰学者 Sa?a Gazibegovi?，量子物理硬件工程师，埃因霍芬理工大学博士，现在已经进入光刻机巨头 ASML 工作。

　　Liu Chun Xiao，本科毕业于复旦大学物理系，在马里兰大学获得博士学位。目前仍然在代尔夫特理工大学做博士后。

　　张浩，本科毕业于北京大学物理系，在杜克大学取得博士学位。目前在清华大学物理系做副教授。

　　被撤稿的论文，是他在代尔夫特理工大学做博士后时的研究。

　　张浩除了是本文一作，还是共同通讯作者。

　　Nature 在 3 月 10 日发表的官方文章中提到，他们曾经询问过张浩和 Kouwenhoven 教授，如何评价其他科学家列出的质疑证据，但没有得到回复。

　　目前，无论是学校、Nature、还是微软方面，没使用诸如“造假”、“学术不端”等措辞。

　　但在正式撤稿声明发布后，谢尔盖·弗罗洛夫表达了自己的声音：

　　这是科学！ 要认真研究，不清楚的，要问什么。如果从这次事件中不吸取教训，我们就没有未来。