[D66] Baggerwetenschap

[R.O.]

nrc.nl:

Klap voor Delfts quantum-onderzoek


Leo Kouwenhoven ‘vond’ veelbelovende majoranadeeltjes voor een 
quantumcomputer. Die metingen blijken nu niet solide.

Sprake van confirmation bias: gericht op metingen die toonden wat ze 
hoopten te vinden

De groep quantumfysici onder leiding van hoogleraar Leo Kouwenhoven, van 
het Delftse Microsoft Quantum Lab, dacht in 2018 het bestaan aangetoond 
te hebben van een deeltje dat een bouwsteen kan zijn voor toekomstige 
quantumcomputers. Nu blijken de metingen waarin zij bewijs zagen voor 
het bestaan van het quantumdeeltje ook andere bronnen te kunnen hebben. 
De onderzoeksgroep trekt daarom hun publicatie in het wetenschappelijke 
tijdschrift Nature terug. Een integriteitscommissie van de TU Delft 
onderzoekt of de dataverwerking correct is uitgevoerd.
In 2012 presenteerde de onderzoeksgroep van Leo Kouwenhoven (hier in 
2013) de eerste aanwijzingen voor het bestaan van majoranadeeltjes. Nu 
blijkt het bewijs mogelijk ook andere bronnen te hebben.

Kouwenhoven verwierf bekendheid met zijn zoektocht naar geschikte 
bouwstenen voor quantumcomputers. In 2007 ontving hij hiervoor een 
Spinozapremie, de hoogste wetenschappelijke prijs in Nederland. De 
laatste tien jaar was zijn aandacht gericht op het vinden van 
majoranadeeltjes. Ook Microsoft zag hier brood in. Sinds 2016 leidt 
Kouwenhoven daarom ook het Microsoft Quantum Lab.

De majoranadeeltjes waar Kouwenhoven naar zoekt, kunnen gebruikt worden 
als qubits. Quantumcomputers samengesteld uit qubits zouden bepaalde 
taken veel sneller kunnen uitvoeren dan huidige computers. Qubits kunnen 
samengesteld worden uit verschillende deeltjes, bijvoorbeeld elektronen, 
atoomkernen of kleine supergeleidende circuitjes.

Of van majoranadeeltjes dus, die mogelijk minder verstoringsgevoelig 
zijn dan andere kandidaten. Dat komt doordat deze majorana’s geen losse 
deeltjes zijn. Het zijn zogeheten quasideeltjes, die ontstaan door het 
collectieve gedrag van andere deeltjes, vergelijkbaar met een golf die 
ontstaat op zee.

Volgens theoretici kunnen deze majoranadeeltjes opgewekt worden in 
nanodraadjes die duizend keer dunner zijn dan een haar en bedekt zijn 
met een supergeleidend materiaal. De majorana’s ontstaan door het gedrag 
van de elektronen in het draadje. Maar dat is theorie: de praktijk is 
weerbarstiger. De experimenten die nodig zijn om het bestaan van deze 
quasideeltjes aan te tonen zijn ingewikkeld om te bouwen en om uit te 
voeren. De superdunne draden moeten afgekoeld worden tot min 273,13°C en 
de metingen worden beïnvloed door kleine verstoringen.

Bewijs leek bijna rond

De onderzoeksgroep van Kouwenhoven zag in 2012 de eerste aanwijzingen 
voor het bestaan van majoranadeeltjes in nanodraadjes van 
indiumantimonide. Deze metingen waren niet duidelijk genoeg om van een 
‘ontdekking’ te spreken. Dankzij nieuwe materialen verbeterde de groep 
het experiment en zes jaar later publiceerden ze in Nature meer 
overtuigende metingen.

Het bewijs voor majorana’s leek bijna rond. Tot er eind april 2020 in 
Nature een korte ‘uiting van bezorgdheid’ verscheen waarin de 
onderzoeksgroep meldde dat er mogelijk iets mis was met hun conclusies 
uit 2018. Er waren ‘mogelijke problemen met de manier waarop de ruwe 
metingen zijn verwerkt’, schreven ze.

Dit heeft nu geleid tot het terugtrekken van het Nature-onderzoek en de 
publicatie van een nieuw vervangend artikel, dat eind januari verscheen 
op de openbare preprintserver ArXiv. In de nieuwe publicatie schrijven 
de onderzoekers dat er ook twee andere verschijnselen zijn die het 
signaal kunnen verklaren dat ze eerder aanvoerden als ‘bewijs’ voor 
majorana’s. „Deze verschijnselen waren nog niet bekend toen het artikel 
in 2018 verscheen”, zegt Sumanta Tewari, hoogleraar quantumfysica aan de 
Clemson University. Tewari is niet betrokken bij het onderzoek. Hij 
heeft eerder gepubliceerd over de problemen die kunnen optreden bij het 
meten van majoranadeeltjes. „Dankzij voortschrijdend inzicht weten we 
dat er meer bewijs nodig is.”

Maar het Nature-artikel wordt niet vanwege dit voortschrijdende inzicht 
teruggetrokken, zegt Tewari. „De reden is een probleem met het verwerken 
van de metingen”, zegt hij. „De auteurs vermeldden in 2018 niet dat een 
groot deel van hun metingen géén bewijs tonen voor majorana’s. Ze 
focusten op het kleine deel van de metingen die mogelijk wel bewijs voor 
de deeltjes bevatten. Op zich geen probleem – het zijn lastige metingen 
– maar dit hadden ze duidelijk moeten melden.”

„Het Nature-artikel uit 2018 was sterk geschreven vanuit de redenering 
‘het zijn majorana’s en hier is het bewijs’, daardoor is het uit 
balans”, zegt Jan van Ruitenbeek, hoogleraar experimentele natuurkunde 
aan de Universiteit Leiden en ook niet betrokken bij het onderzoek. 
„Alleen aan het eind van het artikel komen andere verklaringen voor de 
metingen kort ter sprake en die worden snel afgedaan. Vergelijk het met 
een misdaad waarbij er drie verdachten in beeld zijn, maar twee al snel 
naar de achtergrond verdwijnen en al het onderzoek zich op een van de 
verdachten richt.”

Dit probleem erkent de onderzoeksgroep in het nieuwe ArXiv-artikel. Ze 
geven toe dat er sprake was van zogeheten confirmation bias, waardoor ze 
zich in het Nature-artikel vooral richtten op de metingen die toonden 
wat ze hoopten te vinden. De betrokken onderzoekers laten weten dat ze 
niet kunnen reageren omdat er een onderzoek loopt van de 
integriteitscommissie van de TU Delft.

De problemen zijn mogelijk bij de groep van Kouwenhoven aangekaart door 
Sergey Frolov, van de University of Pittsburgh, en Vincent Mourik, van 
de University of New South Wales. Beide waren onderdeel van de Delftse 
onderzoekersgroep, maar werkten er niet meer toen het Nature-artikel 
verscheen. Mourik was eerste auteur van het artikel uit 2012.

Op Twitter meldt Frolov dat zij een jaar geleden de groep van 
Kouwenhoven wezen op ‘een groot aantal problemen’ in het Nature-artikel, 
nadat ze de niet-gepubliceerde ruwe metingen van het experiment hadden 
opgevraagd. Frolov en Mourik willen hier tegenover NRC niet op reageren. 
Wel laat Frolov in een tweet weten dat hij het nieuwe, vervangende 
artikel op ArXiv niet beter vindt dat het oude artikel omdat het bijna 
exact dezelfde metingen bevat.

De terugtrekking van de ontdekking betekent niet dat majorana’s niet 
bestaan. „Het is een stap achteruit voor het majorana-onderzoek”, zegt 
Ronald Hanson, hoogleraar bij QuTech. „Maar voor het nationale en 
wereldwijde quantumonderzoek is het geen grote tegenslag. In Nederland 
en wereldwijd wordt naast majorana’s een tiental andere qubittechnieken 
onderzocht. De startimpuls van (23,5 miljoen euro) gaat bijvoorbeeld 
niet naar majorana-onderzoek, omdat het nog niet ver genoeg is om op 
door te ontwikkelen.”