微软赞助的研究被Nature撤稿了:研究团队成员自曝删改不利数据

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。

微软“量子计算重大进展”是假的?自曝删改不利数据

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。

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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。

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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)。

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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”。

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“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:

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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)。

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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”。

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△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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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△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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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