Vihar egy kvantumos biliben
2018 szeptemberében Charlie Marcus, a Koppenhágai Egyetem fizikusa – aki akkoriban a Microsofthoz is kötődött – egy kutatócsoporttal publikált egy tanulmányt, amely indium-arzenid nanovezetékek alumíniumborításával próbálta kimutatni a Majorana-részecskékre utaló jeleket. Ezeket a nanovezetékeket 1–2 teslás mágneses térrel ingerelték, majd a mérési adatok azt sugallták, hogy valószínűleg Majoranák jelentek meg a vezeték két végén.
A publikációt gyorsan ünnepelték, ám két fizikus, Sergey Frolov és Vincent Mourik több pontban is megkérdőjelezte az eredmények megbízhatóságát. Különösen fontos megemlíteni, hogy Frolov és Mourik már korábban is részt vettek hasonló Majorana-kutatásokban, és saját tapasztalatból tudják, mennyire könnyen utánozhatnak hétköznapi fizikai jelenségek kvazirészecske-jellegű jeleket.
Elhúzódó vita, újabb vizsgálat
Egy évvel később a csoport elméleti szimulációkkal támasztotta alá eredményeit, a Science (Tudomány) pedig publikálta a tanulmányt. 2021-ben azonban a két szkeptikus kérésére a folyóirat figyelmeztetést jelentetett meg: problémás lehet az adatok hitelessége, ezért független vizsgálatot javasoltak.
A Koppenhágai Egyetem fizikai intézete belső vizsgálatot indított, de nem talált szabálytalanságot. Az eredeti adatok teljes körű átadását is megerősítették, mindazonáltal az elégedetlenség növekedett, ezért 2022-ben független szakértők – Sophie Guron (Paris-Saclay), Allan MacDonald (Texas, Austin) és Pertti Hakonen (Aalto Egyetem, Finnország) – vizsgálóbizottságot alapítottak.
Ők 60 mikroeszköz adatait elemezték (szemben a publikációban eredetileg bemutatott 4 készülék eredményeivel). Nem találtak csalást vagy jelentős hibát, bár rámutattak: a kutatócsoport adatválasztása túlságosan szűk volt, így a leírt következtetések kevésbé tükrözhették a kísérletek sokszínűségét.
Adatok, amelyek megosztják a közösséget
A legélesebb ellentét az úgynevezett alagutazó (tunneling) tartomány kiválasztásával kapcsolatban alakult ki. Ez az a vezetőképességi tartomány, amelyet méréskor vizsgáltak, és ahol Majorana-jellegű jeleket észleltek. Frolov és Mourik szerint a teljes tartomány vizsgálata szűkítette volna a publikáció központi következtetéseit. Ettől függetlenül az eredeti csapat szerint a szűkebb kiválasztás érdemi eredményekhez vezetett.
A korrigált, 20 oldalas kiegészítő anyag így jelentősen részletezi az alagutazó tartományok meghatározását és adatait. Sophie Guron kiemelte: a kutatóknak teljes átláthatóságra kell törekedniük.
A replikáció hiánya és a kvantumfizika buktatói
A koppenhágai eredményeket eddig egyetlen másik kutatócsoport sem tudta reprodukálni. Az osztrák ISTA intézetben például hasonló nanovezetékeket vizsgáltak, ám az itt megfigyelt kvazirészecskék érzékenynek bizonyultak, így nélkülözték a Majorana-állapotok kívánt robusztusságát.
Charlie Marcus szerint a reprodukciós kísérletek kémiai szempontból nem voltak teljesen azonosak, és ha kell, szívesen küldene saját vezetékeiből bárkinek egy újabb próbához. Eddig azonban erre senki nem jelentkezett. Ebből adódóan a bizonytalanság továbbra is fennáll, hogy mennyire lehet ezekből a rendkívül érzékeny rendszerekből kvantumszámítógép-alkatrészt fejleszteni. Különösen azért, mert a legapróbb rendellenességek is tönkretehetik a kívánt kvantumállapotokat, így az adatválogatás meglehetősen szubjektív marad.
Mi várható a jövőben?
A Microsoftot leszámítva a legtöbb kutató inkább stabilabb, kevésbé egzotikus kvantumjelenségek vizsgálata felé fordult. Marcus továbbra is optimista az általa választott iránnyal kapcsolatban, ugyanakkor már ő is elismeri: lehetséges, hogy a gyönyörű fizika önmagában még nem jelent áttörést a kvantumszámítógépek tervezésében, mert ezek a jelenségek túlságosan törékenyek.
Érdemes hangsúlyozni, hogy az élénk vita és a kiegészített publikáció sem ad végső választ arra, létezik-e ténylegesen, elérhető körülmények között Majorana-kvazirészecske.
Mindemellett a kutatási terület továbbra is vibráló marad, a tudományos közösség pedig – még ha vitázva is –, de tovább próbál közelebb kerülni a kvantuminformatikai nagy áttöréshez.
