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2023-08-04 06:29:09
常溫超導有望復現，iPhone算力能超過量子計算機？
2023-08-04 06:29:09 來源: 雷科技
2023年7月22日，或許是一個將會被載入史冊的時間。如果你喜歡刷知乎，那么應該知道我在說什么，在這一天的早上，韓國的一個研究團隊發布了兩篇關于常溫超導材料的論文，聲稱自己發現了常溫超導材料，該材料被命名為LK-99。
圖源：維基百科
(相關資料圖)
在短暫的平靜后，這則消息迅速引起了廣泛的關注，不過當時大多數聲音都持質疑態度。畢竟就在今年3月份，印度科學家蘭加·迪亞斯就曾經宣布過自己的團隊發現了室溫超導體，而在后續的同行驗證過程中，沒有第二個實驗團隊可以復現結果，隨后這篇論文也在《自然》期刊撤稿。
而蘭加·迪亞斯更是被人扒出存在多個學術造假行為，其論文的數據也存在重大問題，至此，基本上可以確定又是一次常溫超導學術騙局。類似的事情其實屢見不鮮，作為材料學的圣杯之一，常溫超導材料一直是各個材料研究所夢寐以求的發現，只要有所發現，基本上就可以鎖定諾貝爾獎，讓自己直接站上科研界的巔峰。
因此，韓國團隊的發現飽受質疑就是一件很正常的事情，一方面發布論文的是兩位名不見經傳的科學家，另一方面資助他們的公司看起來也相當可疑，名字和業務范圍與超導材料也是一點都不搭邊，看起來就像是個皮包公司。
但是與蘭加·迪亞斯的論文不同，韓國團隊發布的論文有著更詳細的測試數據和驗證視頻，并且制備過程也在論文中公開，其過程之簡單，以至于被一些懂行的網友戲稱為：“一把螺絲一個榔頭敲出一臺高達，而在此之前，你很確定那里的材料只夠拼一部五菱宏光的”。
從當天晚上的知乎回答來看，已經有大量的材料學博士、研究生被自己的導師、老板喊回實驗室，連夜制備材料，看看能否復現論文中的超導現象。而在材料制備的數天之中，相關話題就一直高掛在知乎熱榜前三，可見其熱度之高。
室溫超導為何能夠引起如此廣泛的關注？LK-99的復現結果又到底如何？接下來，就讓我們來展開說說
室溫超導，第四次工業革命的開端
對于第四次工業革命會起源于何處，學術界也是眾說紛紜，從人工智能到可控核聚變再到今天的主角室溫超導材料，背后都有不少的支持者。當然，更多的人則是認為只要其中一項技術獲得突破，那么第四次工業革命就一定會到來。
在此之前，人工智能被認為是最具突破性進展的領域，年初的ChatGPT也為這個說法增加了不少的可信度。誰能想到，正在大家為人工智能的進步而興奮時，室溫超導卻橫空出世，瞬間吸引了所有人的目光，我們似乎瞬間就站到了第四次工業革命的分岔路上。
圖源：知乎
超導體的概念大家想必不會陌生，特指在特定情況下，內部電阻會無限接近于0的材料。當電阻幾乎不存在時會發生什么？很簡單，意味著電量傳輸的損耗幾乎不存在，那么電流通過導線時幾乎不會產生熱量。
在中學時代，或許不少人都做過這樣的物理實驗，將一根細鐵絲放在一個通電裝置的正負極上，隨著電流加大，鐵絲逐漸發燙并放出紅光，最終在積熱超過限度后，鐵絲就會熔斷，實驗結束。
圖源：B站
如果將鐵絲換成超導體，那么你會發現不管如何加大電流，超導體本身卻依然保持原本的溫度，就像你手上旋轉著的電流旋鈕是假的一樣。雖然看似只是電阻為0這樣一個簡單的屬性，但是具體到實際應用中卻會帶來翻天覆地的變化。
以電動汽車為例，目前電動汽車最大的問題就在于充電時間過長，無法像燃油車一樣花幾分鐘加油就可以滿血出發，動輒數小時的充電時間使得電動汽車難以滿足長時間、長距離的行駛需求。
圖源：VEER
雖然可以通過加大充電線線徑，擴大充電接口承載來實現更快的充電速度，背后的成本、安全性等問題都是一個又一個難關。但是，如果可以使用超導材料來制作充電設施和設備，你會發現充電比加油還快，近乎無上限的功率可以短時間內將電池完全充滿，電動汽車最大的難題將迎刃而解。
同樣的，從手機到其他各種移動設備，只要可以使用超導材料，那么充電的速度都將以秒為單位計算。而且，高性能的手機、電腦等設備體積將進一步縮小，室溫超導體的到來，甚至讓我們有望實現超小體積的量子芯片。
著名分析師郭明錤就直言，如果LK-99室溫超導體被證實為真，那么未來的iPhone將會擁有超越當下量子計算機的性能。此言一出，倒是引起了不少果粉的關注，實際上不僅僅是iPhone，所有的移動電子設備都會因室溫超導體材料而得到巨大的性能提升。
如今的超導體量子芯片系統，都需要借助超導體讓完成信號傳輸等階段，而常規的超導體必須在極低溫度下才能正常運行，所以我們目前所看到的量子計算系統，往往都需要搭配一個龐大的冷卻系統，讓其中的超導體可以達到臨界溫度，同時也讓量子計算機一直無法小型化。
圖源：知乎
而室溫超導體材料的出現，確實有機會讓我們將量子芯片小型化并部署到移動設備中，讓手機這樣的設備也可以擁有量子計算機的強大算力。不過別高興得太早，首先我并不看好量子芯片在手機等設備上的應用，我們如今的移動生態都是圍繞傳統半導體芯片所設計，而量子芯片的運算邏輯與傳統芯片卻有著天壤之別。
如果說ARM和x86之間還可以通過編譯器轉換來互相兼容，而基于傳統半導體芯片設計的指令集和系統，卻幾乎沒有可能在量子芯片上正常運行，目前所有的量子系統都限于限定范圍的運算，比如1號量子芯片被設計來解決A問題，那么在面對B問題時則會直接抓瞎。
現如今人類的量子計算機，除了受限于超導體材料的限制無法縮小體積外，更大的問題是量子芯片的通用性無法解決，在解決這個問題之前，想要將量子芯片應用到消費級市場顯然是不可能的，也沒有意義的。
室溫超導體被譽為第四次工業革命的開端，其實更多是體現在工業領域上，光是電力超低損耗傳輸就可以讓我們節省大量的能源損耗，并且更加靈活的調整全國電量分配、讓西北的清潔能源可以穿過大半個中國傳輸到沿海工業區域，顯著降低電力成本。
以上只是常溫超導的其中一個發力點，交通運輸、工業生產、醫療、數碼產品等，所有與電能有關的東西都將因此受益，進而反饋到整個社會中，這也是常溫超導為何能夠如此廣泛關注的原因，因為它就是人類開啟高效電力時代的鑰匙。
LK-99，真的是常溫超導體嗎？
自1911年卡末林·昂內斯發現金屬汞可以在-268.95℃下呈現出超導狀態以來，人類就一直在致力于尋找能夠在更高的溫度下保持超導狀態的材料。
圖源：維基百科
目前能夠量產的超導體材料，至少也需要在液氮的冷卻下才能保持超導狀態，至于還處于實驗室階段的材料中，超導臨界溫度最高是260K，也就是零下13度。聽起來也不低，但是對比動輒領先一兩百度的超導體材料來說，已經算得上是“超高溫超導材料”。
但是，對比LK-99，過去的所有超導體材料都將成為垃圾，如果韓國團隊給出的數據是真實的，那么LK-99的臨界溫度將高達127攝氏度。注意，并不是材料到達127攝氏度才會產生超導現象，而是材料溫度超過127度后才會失去超導效應，這意味著在大多數應用環境中，這種材料都不需要額外的維持設備就可以保持超導狀態。
換言之，LK-99是一種制備簡單、材料成本低廉、超導臨界溫度極高的全新超導材料，如何形容它的夸張度呢？一句話：材料學專家做夢都不敢這么想。正是因為這個材料的性質過于離譜，以至于大多數網友都對此表示質疑，認為這是一次學術造假行為。
對于LK-99是否真的是室溫超導體，目前其實并沒有定論，國內多個研究所和大學都在組織相關團隊進行復現驗證。其中，華中科技大學的一個團隊在制備的LK-99材料中，成功驗證到了明顯的抗磁性并出現邁斯鈉效應，該效應被認為是超導體的一個重要證明，但是并不能直接斷定LK-99就是超導體，因為制備的材料過小無法測試電阻，所以依然無法做出定論。
值得注意的是，華中科技大學制備的材料經過檢測所獲得的部分數據，與LK-99論文所提供的數據基本一致，至少從這點上看，韓國團隊的學術造假概率明顯下降。同時，中美的權威科研機構也在理論上為LK-99站臺，從超級計算機模擬的結果來看，LK-99確實是有可能存在室溫超導狀態的一種全新材料。
圖源：推特
對于材料學的研究，并非小雷的專業，但是從相關專業人士的回答來看，材料制備會受到眾多因素影響，即使只是微小的不同都可能導致材料的性質完全改變，所以想要完全確認或證偽LK-99的超導性質，需要更多的時間去制備材料才行。
換言之，短時間內都無法給出確切的定論，不過從目前的情況來看，即使LK-99并非室溫超導材料，其也將會是一種全新的強抗磁性材料，而且因為制備原料過程簡單、材料成本低廉，相較于目前最強的抗磁材料熱解石墨有著更廣泛的應用空間，而且也為材料學家們提供了一個新的超導材料研究方向。
可以預見，LK-99在接下來的一段時間里，仍將牽動無數人的心，并且決定人類能否進入一個新的時代。
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