室溫超導(dǎo)已成真？業(yè)內(nèi)大咖解讀：將為量子計(jì)算、可控核聚將帶來什么改變

每經(jīng)記者 朱成祥    每經(jīng)編輯 文多    

蘭加·迪亞斯 圖片來源：羅徹斯特大學(xué)官網(wǎng)截圖

3月7日，美國羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家蘭加·迪亞斯（Ranga Dias）及其團(tuán)隊(duì)在美國物理學(xué)會(huì)會(huì)議上稱，他們?cè)谧钚碌膶?shí)驗(yàn)中研發(fā)了一種由氫、氮和镥的材料，約在21℃的溫度以及1G帕（約相當(dāng)于1萬個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）的壓力下進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)。

迪亞斯自稱這將是一項(xiàng)重塑21世紀(jì)的革命性技術(shù)，也有人已將其稱為“第四次科技革命”。

量子計(jì)算、可控核聚變的技術(shù)路線中，超導(dǎo)是重要的實(shí)現(xiàn)條件。室溫超導(dǎo)能否助力量子計(jì)算、可控核聚變的發(fā)展呢？

革命性技術(shù)？

在中科創(chuàng)星創(chuàng)始人米磊博士看來，超導(dǎo)技術(shù)將推動(dòng)未來的能源革命。

“‘高溫’超導(dǎo)材料制成的導(dǎo)線，在臨界電流密度、最高磁場(chǎng)強(qiáng)度等參數(shù)上都比低溫超導(dǎo)導(dǎo)線更優(yōu)。因此，能在相同條件下創(chuàng)造更強(qiáng)的磁場(chǎng)，使小型的、商業(yè)化的托卡馬克（注：指用以實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器）成為可能。”米磊在3月9日上午接受《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者采訪時(shí)表示，“超導(dǎo)之于能源領(lǐng)域，就是半導(dǎo)體之于信息領(lǐng)域。過去60年，信息革命依靠的是半導(dǎo)體材料的突破，未來60年的能源革命，依靠的是超導(dǎo)材料的突破。”

超導(dǎo)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)路徑主要有兩條：低溫和高壓。

3月9日，一位新材料行業(yè)人士在朋友圈中發(fā)文稱：“在常壓下通過超低溫實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，和在常溫下通過超高壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，一直是超導(dǎo)學(xué)界的兩種技術(shù)路線，都是通過極端物理狀態(tài)（低溫或高壓）實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。前一種方式（超低溫）更傾向于實(shí)際應(yīng)用，因此現(xiàn)有的超導(dǎo)導(dǎo)線都采用這種路線。”

米磊、東吳證券電子團(tuán)隊(duì)、華鑫證券電子團(tuán)隊(duì)也持類似觀點(diǎn)。原因在于，Dias團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)的“室溫超導(dǎo)”，實(shí)際是高壓室溫超導(dǎo)。與實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境相比，其實(shí)實(shí)現(xiàn)高壓環(huán)境的難度也相當(dāng)大。

華鑫證券電子團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，高壓超導(dǎo)雖然實(shí)現(xiàn)室溫，但商業(yè)化難度巨大，1萬倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=101.325千帕）的工業(yè)難度顯著高于液冷。

據(jù)東吳證券電子，所謂超導(dǎo)現(xiàn)象，是指電材料在特定環(huán)境下呈現(xiàn)電阻等于零以及排斥磁力線的現(xiàn)象。低溫超導(dǎo)需要在-245℃以下的環(huán)境實(shí)現(xiàn)，需要用液氦才能實(shí)現(xiàn)。而“高溫”超導(dǎo)由于帶材材料的技術(shù)突破，只需要在液氮冷卻環(huán)境下——即-200℃左右即可實(shí)現(xiàn)（此處“高溫”僅針對(duì)液氮環(huán)境下的相對(duì)“高溫”，下同）。由于液氮價(jià)格相較于液氦價(jià)格極低，因此更適用于大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。

圖片來源：視覺中國

不僅僅是券商機(jī)構(gòu)，商業(yè)聚變能開發(fā)企業(yè)星環(huán)聚能也這樣認(rèn)為。星環(huán)聚能CEO陳銳3月9日在網(wǎng)上接受《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者采訪時(shí)表示：“首先，（Dias團(tuán)隊(duì)）研究成果還有待其他科學(xué)家去重復(fù)實(shí)驗(yàn)。就算這個(gè)結(jié)果是正確的，它的一個(gè)實(shí)現(xiàn)條件是1G帕。這個(gè)條件下，目前來說（可控核）聚變是不能用的。”

關(guān)鍵點(diǎn)：常壓下的室溫超導(dǎo)

外界對(duì)于室溫超導(dǎo)技術(shù)的期待，主要是室溫、常壓下的超導(dǎo)環(huán)境。比如在量子計(jì)算、可控核聚變領(lǐng)域，常溫、常壓下的超導(dǎo)，才對(duì)上述技術(shù)降低成本就卓有成效。

“雖然有觀點(diǎn)認(rèn)為，如果能實(shí)現(xiàn)到部署室溫量子計(jì)算機(jī)，可以使研究人員能夠真正利用現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算、維護(hù)和集成，但業(yè)內(nèi)人士抱著更謹(jǐn)慎和樂觀的態(tài)度。”近日，國盾量子（SH688027，股價(jià)136.8元，市值110億元）相關(guān)負(fù)責(zé)人通過微信對(duì)《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者表示：“對(duì)量子計(jì)算來說，超導(dǎo)體的零電阻特性在超導(dǎo)量子計(jì)算領(lǐng)域中有重要的應(yīng)用。但問題在于，量子計(jì)算的核心任務(wù)是對(duì)量子比特做精確的操控，這涉及多個(gè)方面的因素。比如，在量子領(lǐng)域，溫度也是‘噪聲’的一種，只有將環(huán)境溫度降低到絕對(duì)零度附近，才可以降低溫度所導(dǎo)致的系統(tǒng)擾動(dòng)，而常溫超導(dǎo)本身，還是會(huì)有溫度帶來的‘噪聲’干擾；又比如，量子比特的相干性能的一個(gè)主要決定因素是超導(dǎo)材料的相干長度，‘高溫’超導(dǎo)材料雖然超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度低，但是相干長度極短，制備成量子比特相干性能會(huì)極短。此外，‘高溫’超導(dǎo)材料復(fù)雜，多為陶瓷材料，難于加工，很難應(yīng)用到對(duì)工藝要求苛刻的量子比特上。綜合來看，近期看，（室溫超導(dǎo)）對(duì)超導(dǎo)量子計(jì)算意義不大。當(dāng)然從遠(yuǎn)期看，還是要關(guān)注新技術(shù)發(fā)現(xiàn)帶來的更多可能性。”

電影中的量子計(jì)算機(jī) 圖片來源：豆瓣

陳銳也表示：“如果真的能夠?qū)崿F(xiàn)室溫超導(dǎo)，站在我的角度，對(duì)聚變這個(gè)行業(yè)來說，有兩個(gè)直接的好處。一是成本，二是電流密度。成本方面，第一，不再使用低溫超導(dǎo)的話，那么我們?cè)O(shè)計(jì)中整套的低溫系統(tǒng)就不需要了。低溫系統(tǒng)是非常貴的，如此一來整個(gè)建設(shè)成本會(huì)大幅下降。第二是設(shè)計(jì)成本，對(duì)于低溫系統(tǒng)來說，真空室外面還要加一個(gè)真空室，整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜的。實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)，機(jī)械設(shè)計(jì)難度會(huì)大幅下降。”

除了成本下降，室溫超導(dǎo)也可能帶來電流密度提升。陳銳補(bǔ)充表示：“從低溫超導(dǎo)到‘高溫’超導(dǎo)，整個(gè)電流密度是在提升的。如果室溫超導(dǎo)真能夠?qū)崿F(xiàn)，且保持電流密度提升態(tài)勢(shì)，這是非常好的。因?yàn)殡娏髅芏鹊奶嵘馕吨诟〉捏w積內(nèi)，風(fēng)機(jī)能夠承載更大的電流。這對(duì)我們做這種磁約束聚變來說是非常大的利好。”

值得注意的是，陳銳也強(qiáng)調(diào)，上述室溫超導(dǎo)指的是常壓下的室溫超導(dǎo)。

不僅僅是量子計(jì)算和可控核聚變，室溫超導(dǎo)技術(shù)若能實(shí)現(xiàn)，將有利于電力輸送、磁懸浮列車的發(fā)展。米磊表示：“目前電力輸送主要靠電纜，其在電力輸送過程中有大量損耗。若使用超導(dǎo)材料，將會(huì)節(jié)省很多銅的使用。此外，磁懸浮列車使用超導(dǎo)材料，可把時(shí)速提到800~1000公里/每小時(shí)，更快也更舒適。”

產(chǎn)業(yè)化：更傾向于發(fā)展高溫超導(dǎo)

從產(chǎn)業(yè)化角度，目前低溫超導(dǎo)比較成熟，正往“高溫”超導(dǎo)方向發(fā)展。3月9日，A股室溫超導(dǎo)概念股中，超導(dǎo)帶材企業(yè)永鼎股份（SH600105，股價(jià)4.61元，市值64.8億元）漲停，生產(chǎn)“高溫”超導(dǎo)材料的企業(yè)百利電氣（SH600468，股價(jià)4.74元，市值51.6億元）同樣漲停。

有趣的是，“高溫”超導(dǎo)龍頭企業(yè)聯(lián)創(chuàng)光電（SH600363，股價(jià)33.38元，市值152億元）卻一度不漲反跌。截至3月9日收盤，聯(lián)創(chuàng)光電上漲1.68%。

事實(shí)上，“高溫”超導(dǎo)已經(jīng)開始逐漸應(yīng)用。米磊表示：“現(xiàn)在有一些摩天大廈，就使用‘高溫’超導(dǎo)材料替代電纜來輸送電力，這樣可以節(jié)省很多空間。”

陳銳認(rèn)為：“至少在聚變領(lǐng)域，不管是國外頂尖的商業(yè)聚變公司、聚變機(jī)構(gòu)，還是國內(nèi)的商業(yè)聚變公司，大家基本上都采用‘高溫’超導(dǎo)路線。‘高溫’超導(dǎo)目前正從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化過程中，已具備相當(dāng)?shù)墓I(yè)化能力，只是沒有低溫超導(dǎo)工業(yè)化水平那么高。”

簡而言之，常壓下的室溫超導(dǎo)是產(chǎn)業(yè)界追求的方向。但就目前產(chǎn)業(yè)化水平看，應(yīng)用層面更偏向使用“高溫”超導(dǎo)。

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