Nieuws

Grote tegenslag voor Delftse quantumcomputer

Microsoft heeft een fikse tegenvaller te verwerken in de ontwikkeling van een eigen type quantumcomputer in Delft. Het deeltje dat daarvoor cruciaal is, blijkt bij nader inzien toch niet zeker te zijn waargenomen.

Leo Kouwenhoven Beeld Hollandse Hoogte / Bob Bronshoff
Leo KouwenhovenBeeld Hollandse Hoogte / Bob Bronshoff

Het leek een mijlpaal op weg naar een supersnelle en stabiele quantumcomputer, de bouw van zogeheten majorana-deeltjes onder leiding van de Delftse natuurkundehoogleraar Leo Kouwenhoven. In 2012 vond zijn groep aanwijzingen dat het gelukt was om te maken en zes jaar later volgde het ‘definitieve’ bewijs. Dat bewijs blijkt nu boterzacht, schrijven de onderzoekers zelf in een nieuwe publicatie.

Kouwenhoven maakte wereldwijd faam met zijn zoektocht naar majorana’s. Hij kreeg de Spinozapremie, de hoogste Nederlandse wetenschappelijke onderscheiding, en maakte in 2016 een transfer naar Microsoft. Daarnaast bleef hij verbonden aan de TU Delft en haar spin-off QuTech. Koning Willem-Alexander opende twee jaar terug persoonlijk een quantum-onderzoeksfaciliteit in de Prinsenstad.

Een majorana is een bijzonder geval binnen de dierentuin aan elementaire deeltjes in de natuur. Volgens natuurkundige wetten heeft elk deeltje een bijbehorend anti-deeltje met tegenovergestelde kenmerken. Majorana’s zijn echter identiek aan hun anti-deeltjes en die unieke eigenschap maakt ze minder gevoelig voor verstoringen. Daardoor zijn ze interessant om te gebruiken als qubits, is het idee. Qubits zijn de rekeneenheden van quantumcomputers. Waar de bits in normale computers alleen de waardes nul óf een kunnen hebben, kunnen qubits tegelijk nul én een zijn.

Door die bizarre eigenschap, die volgt uit de wetten van de quantumfysica, kunnen quantumcomputers rekenprestaties leveren waarbij zelfs huidige supercomputers schril afsteken. Ongekend veel toepassingen liggen dan in het verschiet. Van betere klimaatmodellen tot het ontwerpen van revolutionaire medicijnen.

Bedrijven als Google maken al prototypes van quantum-pc’s, op basis van andere soorten qubits. Door de relatief stabiele majorana’s te gebruiken in een eigen type qubit, hoopt Microsoft in de toekomst de concurrentie, die momenteel een voorsprong heeft, de loef af te kunnen steken.

In 2018 ging de vlag uit, toen Kouwenhovens groep meldde dat ze daadwerkelijk majorana’s waargenomen had, in een samenwerking met wetenschappers uit Eindhoven en de VS. De ontdekking haalde toptijdschrift Nature.

Bij nader inzien blijken de natuurkundigen deze claim niet hard te kunnen maken, rapporteren ze nu zelf na een heranalyse van hun meetgegevens, in een artikel op arXiv (een specialistische website voor natuurkunde-onderzoek). Ze kondigen aan het oorspronkelijke Nature-artikel in te trekken.

Daarmee is een belangrijke basis weggeslagen onder een mogelijke quantumcomputer op basis van majorana’s, zegt Christian Schönenberger desgevraagd in een reactie. ‘Het is de vraag of dat ooit zal lukken.’ Schönenberger is hoogleraar quantumfysica aan de universiteit van Basel en was niet bij het onderzoek betrokken.

Vorig jaar april maakte Nature bekend dat er mogelijk iets mis was met de bevindingen uit 2018. Hoe de problemen boven zijn komen drijven, is niet helemaal duidelijk. Nature schreef dat de wetenschappers zelf hadden aangegeven te twijfelen of de meetgegevens wel op de juiste manier geanalyseerd waren. Op arXiv zeggen de auteurs nu dat de problemen hen ‘onder de aandacht gebracht werden’.

Vanwege de zorgen rond de publicatie startte ook een wetenschappelijke integriteitscommissie van de TU Delft een onderzoek. Dat is nog niet afgerond, laat een universiteitswoordvoerder weten.

In het experiment uit 2018 maakten Kouwenhoven en zijn collega’s een soort nano-hotdog waarbij een halfgeleidend draadje deels bedekt wordt door supergeleidend materiaal. Bij extreem lage temperaturen, net boven het absolute nulpunt van -273 graden Celsius, zouden aan beide uiteindes van die hotdog tegelijk twee majorana-deeltjes zijn ontstaan.

Het signaal dat volgens Kouwenhovens team wees op de aanwezigheid van deze majorana’s, kan net zo goed ook een andere oorsprong hebben, blijkt nu echter uit het artikel op arXiv. ‘Het problematische is dat je met de gebruikte testopstelling niet kunt onderscheiden of je een echt majorana meet of een soort nep-majorana’, legt hoogleraar Schönenberger uit via Zoom. ‘Het kan zelfs gewoon meetruis zijn geweest, schrijven de auteurs.’

De vraag is of de auteurs, onder aanvoering van Hao Zhang, die de experimenten uitvoerde, dit in 2018 niet al door hadden moeten hebben. Misschien wel, zegt Schönenberger, maar destijds had iedereen hooggespannen verwachtingen na de aanwijzingen uit 2012 dat majorana’s mogelijk gezien waren. De huidige ontwikkelingen benadrukken volgens hem hoe belangrijk het is dat onderzoeksgegevens uit de wetenschap openbaar gemaakt worden.

‘Achteraf waren we wellicht collectief wat te enthousiast, als onderzoeksveld’, denkt ook zijn collega Piet Brouwer, hoogleraar quantumfysica aan de Freie Universität Berlin en evenmin bij de experimenten betrokken. Het is goed dat de onderzoeksgroep zelf nu de nieuwe conclusies naar buiten brengt, zegt hij aan de telefoon. ‘Het is een vorm van voortschrijdend inzicht, dat hoort bij het wetenschappelijke proces.’

Kouwenhoven zelf wil pas reageren als het arXiv-artikel (dat nog formeel door vakgenoten beoordeeld moet worden) is verschenen in een echt vakblad, laat hij per mail weten.

De tegenslag betekent overigens niet meteen einde verhaal voor een quantumcomputer uit Delft. Er wordt ook aan andere type qubits gewerkt, zonder majorana’s.

Nederland,Delft, 2015
Leo Kouwenhoven, natuurkundige,hoogleraar nanofysica aan de TU Delft 
Foto: Bob Bronshoff Beeld Hollandse Hoogte / Bob Bronshoff
Nederland,Delft, 2015Leo Kouwenhoven, natuurkundige,hoogleraar nanofysica aan de TU Delft Foto: Bob BronshoffBeeld Hollandse Hoogte / Bob Bronshoff

Het mysterie van Majorana

Majorana-qubits hebben hun naam te danken aan Ettore Majorana (1906-1938). Deze Italiaanse natuurkundige voorspelde in 1937 dat er deeltjes moesten bestaan die bijzonder gedrag vertonen. Hoewel die majorana-deeltjes zelf nooit in experimenten zijn gevonden, leek het tot voor kort alsof Kouwenhoven er desondanks in geslaagd was ze in zijn lab na te bouwen en gebruiken.

Het leven van Ettore Majorana is minstens net zo mysterieus als de quantummechanica zelf, waaraan hij werkte. Op zijn 31ste werd Majorana hoogleraar in Napels, om een jaar later in het niets te verdwijnen – net zoals twee botsende deeltjes in de quantummechanica dat kunnen doen. Eind maart 1938 nam hij de boot naar Sicilië, daarna is nooit meer iets van hem vernomen. Achtergelaten brieven duidden op zelfdoding, maar in de jaren ‘50 waren er geruchten dat de Italiaan in Zuid-Amerika zou verblijven. Anderen speculeerden weer dat hij – als diepgelovig katholiek – monnik werd, en de goddeloze natuurkunde achter zich wilde laten.

Natuurkundige Majorana Beeld .
Natuurkundige MajoranaBeeld .
Meer over