LK-99一旦成功，你的手机可以替代量子计算机吗？

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文 | 电厂，作者 | 张勇毅，编辑 | 高宇雷

由韩国研究团队在近期发布的新常温常压超导体 —— 改性铅磷灰石晶体结构 LK-99，所引发的全球热议已经过去数天，虽然过程中已经有越来越多的科研团队加入复现结果的队伍，从多个角度证实 LK-99 从理论上存在超导的可能。

目前，LK-99 是否能实现常温常压超导尚未盖棺定论：即使 LK-99 作为一种新型抗磁材料的存在，已经是作为「保底」的科研成果了。但所有人最期待的自然还是常温常压超导材料的到来。

今年三月，罗切斯特大学的研究人员曾宣布开发出一种新材料，这种材料在室温高压下具有超导体特性，虽然距离常温常压超导仍然有着不小的差距，但在当时已经引发了爆炸性的讨论，虽然很快被证伪是一次乌龙，但也让如今初步验证 LK-99 有着抗磁特性的进展，变得更加激动人心。

在引发的诸多讨论中，以爆料手机行业准确信息而闻名的天风国际分析师郭明錤也来插了一脚，畅想了如果常温常压超导体商业化应用之后，对于计算机等消费电子领域产品设计的影响：例如手机不再需要散热系统、光纤/高阶CCL(覆铜板)被取代、先进制程门槛降低等，让即便是小如 iPhone 的移动设备，都能拥有与量子计算机匹敌的运算能力。

「匹敌量子计算的运算能力」是什么概念？

目前，量子计算领域同样处于重大突破的关键阶段：Google 近日在 ArXiv 平台发布论文，表示量子计算已经取得重大突破，能实现在几秒内完成业内最强经典超级计算机 Frontier 需要 47.2 年才能完成的计算量。而作为对比单位的 Frontier 超级计算机，则是目前唯一实现百亿亿次计算的超级计算机。

作为对比，目前移动端最强的手机芯片 —— 苹果 A16，其 GPU 能实现每秒 2000 亿次的浮点计算；换言之如果按照郭明錤的说法，包括现有手机在内的几乎所有设备，都将伴随常温常压超导体商业化的突破，带来超乎想象的发展。

超导电路同时也是量子计算机的主要硬件元件，是一种名为 “量子比特”的超导电路元件，类似于经典计算机中的晶体管，但在计算性能上比如今最先进的半导体器件和电路高出几个数量级，是量子计算机能实现「量子霸权」的关键。

但量子比特也有这目前超导体共有的缺陷：它需要将电路冷却到接近绝对零度的状态下才能正常工作。因此 D-Wave Systems、谷歌和 IBM 等公司制造出使用超导量子比特的量子计算机都需要使用到被称为稀释冰箱的大型低温设备，将量子计算机维持在极低的温度之下。因此用量子计算机来展望常温常压超导的商用前景并不算太「跑题」。

除量子计算机之外，超导体已经在消费电子领域中存在多年，即使是室温超导毫无头绪之前也已经被广泛应用，但由于目前超导体实现超导状态对外部环境的要求相当苛刻，低温所需的大量液氦冷却剂，是目前各种消费级超导应用场景「昂贵」的主要原因。因此超导技术的应用从来都与「昂贵」划等号。但我们仍然能从其中管中窥豹，探究未来常温超导材料的可能性。

过去一个多世纪以来，是人类对于超导体的探索投入的高峰期，但目前的超导体想要进入超导状态，不仅需要超低温同时也需要超高压。Case Western Reserve 大学的物理学家Harsh Mathur，在接受记者的电子邮件采访时表示 “超导体已经应用于某些领域：但低温高压的超导特性，是目前阻碍超导体更广泛应用的主要瓶颈。

超导体是一种能够传导直流电而不会遇到任何电阻的材料。而电阻正是电气设备阻中碍电流流动、乃至产生热量的主要问题根源。没有电阻的超导材料，这意味着可以支持大电流，而不会因电阻造成任何能量损失。这种效率对于电力传输领域几乎是梦幻般的存在。

如果超导体真正被发现，在消费电子领域，超导电力线能大幅减少从发电厂向家庭、办公室和工厂供电过程中的能量损耗。不仅能大幅缓解人类现有的各种能源困境，几乎所有目前受电池续航困扰的设备 —— 如手机、笔电、电动汽车等，都将从中获益匪浅。

近几十年，研究人员陆续开发出数种所谓「高温超导体」，这种超导体只需冷却到零下 23 摄氏度即可达到超导临界点。虽然仍然需要特殊的设备来降温，但高温超导体已经展现出比传统超导体更容易使用的前景，也促使着更多人将其投入到实验性的商用场景中。

2021 年，联邦爱迪生公司采用新型高温超导技术构建的线缆，在芝加哥北部搭建起一套高温超导输电网络，借此向外界展示了一套完整的、同时为芝加哥北区供电的超导技术。

在为期一年的试用期中。与传统铜线构建的电网相比，升级后的超导线缆可传输 200 倍的电流。但由于维持超导体所需的低温和高压的成本，在大多数商用电网中，即使是这样的效率提升，在现实中大规模应用仍显不切实际。

据推算，如果常温常压超导材料被应用在电网中，人类现有电网发电效率将比现在的电网至少高出 20%，每年可节省数十亿美元。磁悬浮列车也可以以更低的成本运行更长的距离。计算机运行速度会更快，功耗会降低几个数量级。量子计算机也搭载更多的量子比特，从而能够将如今的量子计算机算力提升一个数量级。

室温超导材料还能为消费电子场景带来许多新的可能性，包括可用于列车悬浮和控制核聚变反应堆的强磁铁。同时也能在实现下一代的超高速互联网和低延迟宽带无线通信方向发挥重大作用。

室温超导体还可实现高分辨率成像技术和新兴传感器，用于生物医学和安全应用、材料和结构分析以及深空射电天体物理学。总而言之，室温常压超导体被发现并商用之后，几乎会改变消费电子领域的方方面面。

基础科学的每前进一步，对于应用领域都有着巨大的意义。但电子技术的这一美好前景能否实现，以及实现的时间有多快，这些都取决于新型室温超导体材料能否得到验证，以及能否以经济高效的方式大规模生产。

Harsh Mathur 也认为，常温超导技术商用后最关键的应用，很可能是我们无法预见的。他以「电气之父」迈克尔-法拉第在 19 世纪的研究引发了第一次电力革命，包括发电和输电的发明为例。

“当时，法拉第被问及他的发现在未来可能有什么用处时，这位著名科学家的回答是”刚出生的婴儿有什么用？” 20 世纪 40 年代兴起的半导体革命改变了我们现在的生活方式，但当时仍然很难预见到如今 GPS、流媒体平台或 AIGC 这样的存在。正如我们现在无法完全预测一个（常温常压）超导体普及的世界一样。

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