室温超导已成真?业内大咖解读:将为量子计算、可控核聚将带来什么改变
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2023-03-09 20:46:00
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兰加·迪亚斯图片来源:罗彻斯特大学官网截图

  3月7日,美国罗切斯特大学的物理学家兰加·迪亚斯(Ranga Dias)及其团队在美国物理学会会议上称,他们在最新的实验中研发了一种由氢、氮和镥的材料,约在21的温度以及1G帕(约相当于1万个标准大气压)的压力下进入超导状态。

  迪亚斯自称这将是一项重塑21世纪的革命性技术,也有人已将其称为“第四次科技革命”。

  量子计算、可控核聚变的技术路线中,超导是重要的实现条件。室温超导能否助力量子计算、可控核聚变的发展呢?

  革命性技术?

  在中科创星创始人米磊博士看来,超导技术将推动未来的能源革命。

  “‘高温’超导材料制成的导线,在临界电流密度、最高磁场强度等参数上都比低温超导导线更优。因此,能在相同条件下创造更强的磁场,使小型的、商业化的托卡马克(注:指用以实现受控核聚变的环形容器)成为可能。”米磊在3月9日上午接受《每日经济新闻》记者采访时表示,“超导之于能源领域,就是半导体之于信息领域。过去60年,信息革命依靠的是半导体材料的突破,未来60年的能源革命,依靠的是超导材料的突破。”

  超导技术的实现路径主要有两条:低温和高压

  3月9日,一位新材料行业人士在朋友圈中发文称:“在常压下通过超低温实现超导态,和在常温下通过超高压强实现超导态,一直是超导学界的两种技术路线,都是通过极端物理状态(低温或高压)实现超导转变。前一种方式(超低温)更倾向于实际应用,因此现有的超导导线都采用这种路线。”

  米磊、东吴证券电子团队、华鑫证券电子团队也持类似观点。原因在于,Dias团队实现的“室温超导”,实际是高压室温超导。与实现低温环境相比,其实实现高压环境的难度也相当大。

  华鑫证券电子团队认为,高压超导虽然实现室温,但商业化难度巨大,1万倍标准大气压(1标准大气压=101.325千帕)的工业难度显著高于液冷。

  据东吴证券电子,所谓超导现象,是指电材料在特定环境下呈现电阻等于零以及排斥磁力线的现象。低温超导需要在-245以下的环境实现,需要用液氦才能实现。而“高温”超导由于带材材料的技术突破,只需要在液氮冷却环境下——即-200左右即可实现(此处“高温”仅针对液氮环境下的相对“高温”,下同)。由于液氮价格相较于液氦价格极低,因此更适用于大规模的产业化

  不仅仅是券商机构,商业聚变能开发企业星环聚能也这样认为。星环聚能CEO陈锐3月9日在网上接受《每日经济新闻》记者采访时表示:“首先,(Dias团队)研究成果还有待其他科学家去重复实验。就算这个结果是正确的,它的一个实现条件是1G帕。这个条件下,目前来说(可控核)聚变是不能用的。”

  关键点:常压下的室温超导

  外界对于室温超导技术的期待,主要是室温、常压下的超导环境。比如在量子计算、可控核聚变领域,常温、常压下的超导,才对上述技术降低成本就卓有成效。

  “虽然有观点认为,如果能实现到部署室温量子计算机,可以使研究人员能够真正利用现场计算、维护和集成,但业内人士抱着更谨慎和乐观的态度。”近日,国盾量子(SH688027,股价136.8元,市值110亿元)相关负责人通过微信对《每日经济新闻》记者表示:“对量子计算来说,超导体的零电阻特性在超导量子计算领域中有重要的应用。但问题在于,量子计算的核心任务是对量子比特做精确的操控,这涉及多个方面的因素。比如,在量子领域,温度也是‘噪声’的一种,只有将环境温度降低到绝对零度附近,才可以降低温度所导致的系统扰动,而常温超导本身,还是会有温度带来的‘噪声’干扰;又比如,量子比特的相干性能的一个主要决定因素是超导材料的相干长度,‘高温’超导材料虽然超导转变温度低,但是相干长度极短,制备成量子比特相干性能会极短。此外,‘高温’超导材料复杂,多为陶瓷材料,难于加工,很难应用到对工艺要求苛刻的量子比特上。综合来看,近期看,(室温超导)对超导量子计算意义不大。当然从远期看,还是要关注新技术发现带来的更多可能性。

电影中的量子计算机图片来源:豆瓣

  陈锐也表示:“如果真的能够实现室温超导,站在我的角度,对聚变这个行业来说,有两个直接的好处。一是成本,二是电流密度。成本方面,第一,不再使用低温超导的话,那么我们设计中整套的低温系统就不需要了。低温系统是非常贵的,如此一来整个建设成本会大幅下降。第二是设计成本,对于低温系统来说,真空室外面还要加一个真空室,整个机械设计是非常复杂的。实现室温超导,机械设计难度会大幅下降。”

  除了成本下降,室温超导也可能带来电流密度提升。陈锐补充表示:“从低温超导到‘高温’超导,整个电流密度是在提升的。如果室温超导真能够实现,且保持电流密度提升态势,这是非常好的。因为电流密度的提升,意味着在更小的体积内,风机能够承载更大的电流。这对我们做这种磁约束聚变来说是非常大的利好。”

  值得注意的是,陈锐也强调,上述室温超导指的是常压下的室温超导。

  不仅仅是量子计算和可控核聚变,室温超导技术若能实现,将有利于电力输送、磁悬浮列车的发展。米磊表示:“目前电力输送主要靠电缆,其在电力输送过程中有大量损耗。若使用超导材料,将会节省很多铜的使用。此外,磁悬浮列车使用超导材料,可把时速提到800~1000公里/每小时,更快也更舒适。”

  产业化:更倾向于发展高温超导

  从产业化角度,目前低温超导比较成熟,正往“高温”超导方向发展。3月9日,A股室温超导概念股中,超导带材企业永鼎股份(SH600105,股价4.61元,市值64.8亿元)涨停,生产“高温”超导材料的企业百利电气(SH600468,股价4.74元,市值51.6亿元)同样涨停。

  有趣的是,“高温”超导龙头企业联创光电(SH600363,股价33.38元,市值152亿元)却一度不涨反跌。截至3月9日收盘,联创光电上涨1.68%。

  事实上,“高温”超导已经开始逐渐应用。米磊表示:“现在有一些摩天大厦,就使用‘高温’超导材料替代电缆来输送电力,这样可以节省很多空间。”

  陈锐认为:“至少在聚变领域,不管是国外顶尖的商业聚变公司、聚变机构,还是国内的商业聚变公司,大家基本上都采用‘高温’超导路线。‘高温’超导目前正从实验室走向工业化过程中,已具备相当的工业化能力,只是没有低温超导工业化水平那么高。”

  简而言之,常压下的室温超导是产业界追求的方向。但就目前产业化水平看,应用层面更偏向使用“高温”超导。

(文章来源:每日经济新闻)

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