Microsoft spreekt van ‘baanbrekende’ nieuwe quantumchip, maar experts zijn zeer sceptisch

Met veel bombarie presenteerde Microsoft woensdag zijn nieuwe quantumchip ‘Majorana 1’. Door gebruik te maken van een „baanbrekend type materiaal” claimen ze in een persbericht dat deze quantumchip quantumcomputers – zeer krachtige computers – mogelijk zal maken die „in staat zijn om betekenisvolle problemen op industriële schaal op te lossen in jaren, niet decennia”. Maar volgens experts is er voor die claims geen bewijs te vinden in de wetenschappelijke publicatie die diezelfde dag verscheen in Nature .

De Majorana 1 is volgens Microsoft de eerste quantumchip met een veelbelovend type qubits; de bouwstenen voor toekomstige quantumcomputers. Deze apparaten zouden bepaalde taken veel sneller kunnen uitvoeren dan de huidige krachtigste supercomputers, dankzij quantumeigenschappen van de qubits. Quantumcomputers kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt voor ontwikkeling van nieuwe medicijnen en nieuwe materialen.



Vanwege die veelbelovende rekenkracht wordt er wereldwijd hard aan de bouw van deze quantumcomputers gewerkt door bedrijven en onderzoeksinstituten. Google, IBM en het Delftse quantuminstituut QuTech hebben al kleine experimentele quantumcomputers van enkele tientallen tot honderden werkende qubits. Die werken met verschillende qubit-technologieën.

Sommige gebruiken elektronen en andere bijvoorbeeld atoomkernen of kleine supergeleidende circuitjes. Microsoft werkt al een aantal jaar aan de ontwikkeling van een ander soort qubits, genaamd majoranadeeltjes. Dit zijn zogeheten quasideeltjes die in een materiaal ontstaan door het collectieve gedrag van elektronen.

Deze majoranadeeltjes zijn door de eigenschappen van het materiaal en de elektronen erin topologisch beschermd, waardoor ze mogelijk minder gevoelig zijn voor verstoringen dan andere qubit-kandidaten. Daardoor zouden ze bovendien beter op te schalen zijn. Dat is belangrijk, want voor een nuttige quantumcomputer zijn er waarschijnlijk miljoenen qubits nodig.

Majorana-qubits zijn daarom een aantrekkelijke kandidaat. Maar daarvoor moet je wel majoranadeeltjes kunnen produceren. Dat is tot nu toe niemand overtuigend gelukt.

De nieuwe Nature-publicatie brengt daarin volgens experts geen verandering – ook die levert geen bewijs voor het bestaan van majorana-qubits. Volgens theoretici kunnen majoranadeeltjes opgewekt worden in nanodraadjes die duizend keer dunner zijn dan een haar en bedekt zijn met een supergeleidend materiaal. De elektronen in het supergeleidende materiaal vormen paren.

Voeg je daar een extra elektron, zonder partner, aan toe, dan gedraagt die zich niet als een los elektron, maar als een ‘half paar’. Zo’n half paar vastgemaakt aan het uiteinde van het nanodraadje zou een majoranadeeltje zijn dat je kunt gebruiken als qubits. Dat is op papier.

De praktijk is weerbarstiger. Maar het majorana-onderzoek begon veelbelovend. Een paar jaar geleden verschenen er spraakmakende wetenschappelijke publicaties van de Delftse onderzoeksgroep van Leo Kouwenhoven die bewijs gevonden leek te hebben voor het bestaan van majoranadeeltjes in nanodraadjes van indiumantimonide.

Microsoft was al sinds 2010 betrokken bij het onderzoek van Kouwenhoven en van 2016 tot 2022 leidde hij het Microsoft Quantum Lab. In 2021 en 2022 werden twee Delftse publicaties echter teruggetrokken , omdat er problemen waren vastgesteld met de analyses van de metingen. Sindsdien is er commentaar geuit op meer publicaties over majorana-onderzoek dat gerelateerd is aan Microsoft.

Bij een aantal zijn correcties of ‘uitingen van bezorgdheid’ verschenen. Desondanks zet Microsoft het onderzoek voort. Woensdag presenteerden ze hun nieuwe quantumchip Majorana 1, die gemaakt is door een andere onderzoeksgroep en met een systeem met nanodraadjes van een ander, nieuw materiaal (indiumarsenide en aluminium).

En volgens het persbericht is het Nature-artikel een ‘peer-reviewed bevestiging’ dat Microsoft hiermee ‘majoranadeeltjes heeft kunnen maken’. Dat zou een spectaculaire prestatie zijn. Maar opvallend genoeg schrijven de onderzoekers in dat betreffende Nature-paper dat ze met hun metingen nog geen onderscheid kunnen maken tussen de felbegeerde majoranadeeltjes en bijvoorbeeld ‘nep-majorana’s’ – die in veel opzichten lijken op majoranadeeltjes, maar die de topologisch bescherming missen die nodig is voor stabiele qubits.

„Het artikel presenteert geen bewijs voor deze bewering”, zegt ook Lieven Vandersypen, hoogleraar quantum-nanowetenschappen aan de TU Delft en QuTech. „Het is mogelijk dat ze intern wel bewijs hebben, maar of dat zo is, weten we pas als ze meer data publiceren.” Michael Wimmer, eveneens van QuTech, die onder meer onderzoek doet naar majoranaqubits en tot een jaar geleden soms Microsoft adviseerde, bevestigt dat het Nature-artikel de claim niet ondersteunt.

„Dat benadrukt zelfs de Nature-redactie in het peer review dossier van het artikel”, vertelt hij. „Blijkbaar heeft Microsoft de afgelopen dagen tijdens een conferentie aanvullende gegevens laten zien, die geen deel uitmaken van het Nature-artikel. Ik heb echter gehoord dat ook deze ongepubliceerde metingen geen sluitend bewijs geven voor majorana’s of een qubit.

Maar dit is informatie uit derde hand.” Wimmer is verder wel te spreken over het Nature-artikel, dat volgens hem „interessante metingen laat zien”. En volgens Carlo Beenakker, hoogleraar theoretische natuurkunde aan de Universiteit Leiden, „zou je het kunnen karakteriseren als een experiment dat voorbereidende stappen doet voor het moment dat we werkelijk majoranadeeltjes hebben aangetoond”.

Vincent Mourik (nu Forschungszentrum Jülich) is kritischer. Hij werkte ruim tien jaar geleden bij Kouwenhovensgroep en kaartte met Sergey Frolov (nu University of Pittsburgh) een paar jaar geleden de problemen bij eerdere majorana-publicaties aan. Hij stelt dat Microsoft telkens claims maakt en „geen bewijs ervoor deelt met de gemeenschap”, waardoor het niet te verifiëren is.

En wat wel gedeeld werd zou „gewoon onzin” zijn. Volgens Mourik gaat Microsofts aanpak van het bouwen van een quantumcomputer met majoranaqubits zelfs „niet werken”. Wimmer en Vandersypen zijn optimistischer.

Vandersypen: „Ook al moet de eerste majoranaqubit nog worden getoond, het blijft een interessante benadering en collega’s wereldwijd blijven eraan werken, ook bij QuTech.”.