La carrera por detectar los nuevos fermiones de partículas cuánticas de Majorana ha arrojado una sombra. Estas partículas cuánticas podrían alimentar computadoras cuánticas. Como alguien que trabaja en este campo, comencé a preocuparme de que después de una serie de comienzos en falso, una gran parte del campo majorana se estuviera defraudando a sí mismo. Inicialmente se pensó que varios experimentos clave que afirmaban haber detectado partículas de majorana eran avances, pero aún no han sido confirmados. Mi colega Vincent Mullick, físico de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney, Australia, inició una reciente salida de alto perfil de Nature (ver Nature 591, 354-355). Comenzamos con el experimento original después de obtener datos adicionales que. no se incluyó en el artículo, el físico italiano Ettore Majorana expresó su preocupación sobre este asunto en 1937. Se predice que las partículas de Majorana son sus propias antipartículas. El gigante informático Microsoft espera construir una computadora cuántica confiable utilizando partículas de majorana: estas partículas pueden. crean qubits extremadamente estables, que son tan emocionantes como las ondas gravitacionales y el bosón de Higgs.
En los experimentos, los investigadores están divididos sobre si la isla de Majorana ha sido detectada, y mucho menos si es una ventaja para la cuántica. La informática, que poco a poco se está extendiendo más allá de los conocedores, corre el riesgo de perder su reputación, a pesar de su potencial sin explotar.
Producir pez Marjona en un laboratorio es extremadamente difícil y el experimento combina nanotecnología, superconductividad e ingeniería de dispositivos. y la ciencia de los materiales, entre otros métodos de vanguardia, los investigadores primero deben hacer crecer un cristal de nanocables -una hazaña en sí misma- para crear un cristal de nanocables con un diámetro de 100 nanómetros (el ancho de un cabello humano una milésima de columna de). Luego tuvieron que conectar los cables a un circuito lo suficientemente sensible como para medir los electrones individuales que lo atravesaban. Todo el experimento tenía que realizarse a una temperatura de aproximadamente un 1% por encima del cero absoluto, y el campo magnético era 10.000 veces mayor que el del átomo. Tierra.
En estos casos extremos, cuando todos los electrones del cable están magnetizados, teóricamente emergerán partículas de majorana por ambos extremos >Según se informa, más de 100 organizaciones lo han demostrado en Majorana. Island Generalmente aparecen en forma de señales electrónicas características: un pico estrecho en la corriente a medida que cambia el voltaje en el nanocable, fue uno de los primeros miembros del equipo en observar este fenómeno, eso fue en 2012. Pronto aparecieron más periódicos. La detección del valor cuantificado de la corriente se predijo teóricamente por primera vez y posteriormente se publicó en la edición de 2017 de Science 2. El informe experimental de la edición de 2018 de "Nature 3" fue interpretado por muchos como la evidencia final de la existencia de la isla Majorana.
En 2020, después de repetidos experimentos, estas observaciones fueron revisadas cuidadosamente. La revista publicó un experimento dirigido por investigadores de Penn State College Park que contradecía el informe de 2017 y mi equipo replicó los patrones en el Nature Research de 2018. pero demostramos que no necesariamente provenían de caballos. Verificamos ambos extremos del mismo nanocables pero descubrimos que solo uno tenía un pico de corriente, lo que desafió la expectativa básica de la teoría de que Majoranas siempre viene en pares. se está acelerando: los investigadores aún no han podido confirmar los hallazgos de dos artículos separados que afirman haber descubierto mecanismos de majorana en nanocables. El informe sobre el pico actual del nuevo superconductor Fe(Te,Se) a base de hierro fue citado por Majoranas10-12 en la revista Science and Nature Communications. No habrá más detalles disponibles hasta que se publique en la revista Physical Review Letters de este año.
Lección: Las partículas de Majorana no son necesarias para generar señales de pico de corriente. Conocemos algunas de las explicaciones más comunes al menos desde 2014, como otros estados cuánticos más allá de Majoranas14, señales inesperadas debidas a defectos de nanocables o el fascinante pero previamente explorado comportamiento cooperativo de muchos electrones (ver "Señales mixtas"). .
Sin embargo, siguen apareciendo documentos positivos sin siquiera mencionar explicaciones alternativas, lo que da la impresión de que en Majorana se está desarrollando un animado debate entre optimistas y pesimistas.
Como alguien que ha publicado y comentado opiniones positivas y negativas de majorana, siento un problema más amplio. El debate ha comenzado a erosionar la confianza en el método experimental fundamental de hacer pasar corriente eléctrica a través de objetos cuánticos, a pesar de que esta poderosa técnica se ha utilizado en muchos descubrimientos importantes, incluida la superconductividad, el efecto Hall cuántico y la observación de efectos de túneles, ganadores del Premio Nobel.
Está empezando a afectarme. Los futuros estudiantes de posgrado me preguntarán si debería dejar de estudiar en Majorana. Los revisores de subvenciones creen que la metodología, más que la presentación selectiva de datos, ha contribuido a la confusión en el campo.
En mi opinión, no hay nada de malo en el método básico comúnmente conocido como "transmisión cuántica". Creo que la presentación selectiva de datos es el principal problema. Si todos los artículos contuvieran conjuntos de datos completos o al menos seleccionados adecuadamente, los físicos cuánticos podrían dar con la explicación correcta, Majorana o no.
Pero creo que los investigadores están siendo exigentes: se centran en datos que son consistentes con la teoría majorana y dejan de lado los que son inconsistentes con ella. Un buen ejemplo es el comportamiento de cuantificación de la corriente eléctrica informado en un artículo publicado por Science en 2020 sobre Fe (Te, Se). Los autores observaron este comportamiento en un solo remolino de los 60 evaluados. Siento que algunas revistas y revisores que pueden no ser lo suficientemente rigurosos pueden ayudar a los investigadores de selección de datos. (Cuando se le preguntó sobre el artículo de 2020, un portavoz de Science afirmó que los resultados y las conclusiones, incluidas las explicaciones de los mecanismos alternativos cuantitativos observados, se presentaron con precaución. Otros revisores y yo hemos argumentado repetidamente que las revistas no deberían mostrar artículos publicados basados en datos selectivos. , solo para verlos aparecer en otras revistas (a veces las mismas). A veces, no es necesario presentar todos los datos si una figura cuenta la historia completa, pero para las partículas de majorana, simplemente se buscan los datos para determinar el pico correcto. La altura no es suficiente, especialmente en el caso de la teoría de la sustitución.
El sesgo de selección puede dominar fácilmente los estudios experimentales basados en hipótesis. "Generalmente se considera que los datos son aquellos que se ajustan a la teoría. Por lo tanto, los sesgos pueden corregirse fácilmente. descartado como error experimental o humano y por lo tanto descartado.
Otro problema es que la revisión por pares requerida para revisar las afirmaciones de Majorana es demasiado extensa. En cualquier campo multidisciplinario, la revisión es a menudo expertos en una disciplina y. son difíciles de juzgar en otras disciplinas, lo que deja un vacío. Por ejemplo, un físico teórico puede sentirse cómodo evaluando cálculos pero no con experimentos. El proceso es insatisfactorio, y los científicos de materiales que saben cómo cultivar nanocables pueden saltarse la parte teórica. Pero para evaluar adecuadamente esta investigación, necesitamos tener una visión general de la investigación.
Es una historia familiar que investiga la "crisis de recurrencia" en la química, la biología, la física, la ingeniería y la medicina. La ciencia (ver Nature 533, 452-454; (2016)) y los informes selectivos son los culpables. Todos hemos visto esto durante años. El físico Robert Millikan pasó por alto algunos puntos de datos en sus experimentos con gotas de aceite hace más de un siglo. Se acercó al valor real de la carga del electrón, pero la ciencia no puede confiar en eso. Una casualidad. Algunos de los artículos de Mahorana resultaron poco fiables.
Todo el campo de la física de la materia condensada. necesita ser actualizado. Solo hay una solución, y es integral. Los siguientes pasos ayudarán a abrir los datos en la investigación de Majorana y más allá. Los científicos deben hacer públicos todos los datos en el repositorio y cumplir con estándares de acceso. (capacidad de búsqueda, accesibilidad, interoperabilidad y reutilización) 15. Es inevitable cierta gestión La cantidad de datos recopilados en los laboratorios de física modernos es muy grande: los scripts informáticos controlan los equipos y pueden funcionar las 24 horas del día. Una solución es explicar claramente el protocolo utilizado. para realizar cualquier selección de datos, para que otros puedan reutilizarlos o revisarlos. Recuerde que la selección de datos es una forma de procesamiento de datos.
La revista, los reguladores (incluidas las empresas), los laboratorios de investigación y las universidades deben exigir. prácticas de datos abiertos, como lo hacen en ensayos clínicos, genómica, ciencias de la tierra y otras disciplinas.
* * *El acceso a los datos mejora la confiabilidad, facilita la colaboración y acelera el progreso. La comunidad de física de altas energías, por ejemplo, puede enseñar a otros cómo compartir protocolos de investigación para que cada artículo pueda duplicarse o replicarse.
Aunque esto no es ampliamente conocido, muchas políticas de publicación y códigos de conducta gubernamentales para la investigación requieren más datos. En particular, Estados Unidos no tiene regulaciones nacionales en comparación con otros países que invierten mucho en investigación. Se necesitan más esfuerzos para automatizar este disfrute en lugar de "bajo demanda". Como muestra el artículo recientemente retractado de Nature sobre Majorana, ver los datos completos es importante para evaluar un experimento.
Los críticos responderán que simplemente compartir datos no captura todo lo que sucede en el laboratorio, y que la experiencia y el conocimiento (el arte) tienen un valor que los protocolos no pueden describir. Creo que la ciencia confiable y útil se basa en procesos confiables que pueden verificarse, verificarse y volverse a verificar repetidamente cuando sea necesario.
El proceso de apertura. Los comentaristas deben hacer más preguntas sobre afirmaciones inusuales. ¿Son los resultados demasiado buenos para ser verdad? ¿Proporcionó suficientes datos? ¿Has considerado otras explicaciones? Se deben realizar verificaciones cruzadas, lo que dificulta más probar una afirmación poco confiable. Para la física majorana es tan básico como comparar la dependencia de los campos magnético y eléctrico de los picos de corriente con las expectativas teóricas. Si insistimos en hacer esto, derrotaremos muchas afirmaciones falsas.
Pero incluso el escrutinio más riguroso puede pasar desapercibido. Si el artículo es rechazado, los autores pueden ignorar todos los aportes y enviar su manuscrito a otra revista. He visto artículos en Majorana que fueron repetidamente criticados y rechazados por razones científicas, para luego ser publicados en otra revista de alto perfil con sólo cambios menores. Abrirse sobre procedimientos de publicación notoriamente opacos es clave para reducir la difusión de malas investigaciones.
Los editores deben rendir cuentas: son ellos quienes toman las decisiones, incluso si carecen de conocimientos profundos sobre el tema del artículo. Todo periódico contratado deberá llevar el nombre del editor. Con cada retractación, los editores deben brindar su versión de lo sucedido. Todas las revistas, especialmente las de alto impacto, están sujetas a la supervisión de la comunidad. Las retractaciones editoriales deben utilizarse ampliamente porque esperar una retractación por parte del propio autor puede llevar mucho tiempo. Actualmente, la mayoría de las revistas ni siquiera pueden realizar sus propias investigaciones sobre errores en los artículos. Deberían desarrollar esta capacidad con la ayuda de la comunidad investigadora.
¿Qué tal investigar en la Isla Majorana? Sigue siendo factible e importante. Sin embargo, me parece que no se han descubierto los hallazgos clave. Ahora debemos centrarnos en mejorar nuestros materiales de nanocables, técnicas experimentales y análisis de datos, y en buscar explicaciones alternativas. Se necesita evidencia confiable de que las partículas son en realidad sus propias antipartículas, con datos completos a nuestros ojos.
Solo así podremos prepararnos para desarrollar ordenadores cuánticos majorana.
Naturaleza 592, 350-352 (2021)
doi:https://doi.org/10.1038/d41586-021-00954-8