iPhone性能起飞!常温超导将用在这些领域:手机要被颠覆?

2023年7月22日,或许是一个将会被载入史册的时间。如果你喜欢刷知乎,那么应该知道我在说什么,在这一天的早上,韩国的一个研究团队发布了两篇关于常温超导材料的论文,声称自己发现了常温超导材料,该材料被命名为LK-99。


(资料图)

图源:维基百科

在短暂的平静后,这则消息迅速引起了广泛的关注,不过当时大多数声音都持质疑态度。毕竟就在今年3月份,印度科学家兰加·迪亚斯就曾经宣布过自己的团队发现了室温超导体,而在后续的同行验证过程中,没有第二个实验团队可以复现结果,随后这篇论文也在《自然》期刊撤稿。

而兰加·迪亚斯更是被人扒出存在多个学术造假行为,其论文的数据也存在重大问题,至此,基本上可以确定又是一次常温超导学术骗局。类似的事情其实屡见不鲜,作为材料学的圣杯之一,常温超导材料一直是各个材料研究所梦寐以求的发现,只要有所发现,基本上就可以锁定诺贝尔奖,让自己直接站上科研界的巅峰。

因此,韩国团队的发现饱受质疑就是一件很正常的事情,一方面发布论文的是两位名不见经传的科学家,另一方面资助他们的公司看起来也相当可疑,名字和业务范围与超导材料也是一点都不搭边,看起来就像是个皮包公司。

但是与兰加·迪亚斯的论文不同,韩国团队发布的论文有着更详细的测试数据和验证视频,并且制备过程也在论文中公开,其过程之简单,以至于被一些懂行的网友戏称为: “一把螺丝一个榔头敲出一台高达,而在此之前,你很确定那里的材料只够拼一部五菱宏光的”。

从当天晚上的知乎回答来看,已经有大量的材料学博士、研究生被自己的导师、老板喊回实验室,连夜制备材料,看看能否复现论文中的超导现象。而在材料制备的数天之中,相关话题就一直高挂在知乎热榜前三,可见其热度之高。

室温超导为何能够引起如此广泛的关注?LK-99的复现结果又到底如何?接下来,就让我们来展开说说

对于第四次工业革命会起源于何处,学术界也是众说纷纭,从人工智能到可控核聚变再到今天的主角室温超导材料,背后都有不少的支持者。当然,更多的人则是认为只要其中一项技术获得突破,那么第四次工业革命就一定会到来。

在此之前,人工智能被认为是最具突破性进展的领域,年初的ChatGPT也为这个说法增加了不少的可信度。 谁能想到,正在大家为人工智能的进步而兴奋时,室温超导却横空出世,瞬间吸引了所有人的目光,我们似乎瞬间就站到了第四次工业革命的分岔路上。

图源:知乎

超导体的概念大家想必不会陌生,特指在特定情况下,内部电阻会无限接近于0的材料。当电阻几乎不存在时会发生什么?很简单,意味着电量传输的损耗几乎不存在,那么电流通过导线时几乎不会产生热量。

在中学时代,或许不少人都做过这样的物理实验,将一根细铁丝放在一个通电装置的正负极上,随着电流加大,铁丝逐渐发烫并放出红光,最终在积热超过限度后,铁丝就会熔断,实验结束。

图源:B站

如果将铁丝换成超导体,那么你会发现不管如何加大电流,超导体本身却依然保持原本的温度,就像你手上旋转着的电流旋钮是假的一样。虽然看似只是电阻为0这样一个简单的属性,但是具体到实际应用中却会带来翻天覆地的变化。

以电动汽车为例,目前电动汽车最大的问题就在于充电时间过长,无法像燃油车一样花几分钟加油就可以满血出发,动辄数小时的充电时间使得电动汽车难以满足长时间、长距离的行驶需求。

图源:VEER

虽然可以通过加大充电线线径,扩大充电接口承载来实现更快的充电速度,背后的成本、安全性等问题都是一个又一个难关。但是, 如果可以使用超导材料来制作充电设施和设备,你会发现充电比加油还快,近乎无上限的功率可以短时间内将电池完全充满,电动汽车最大的难题将迎刃而解。

同样的,从手机到其他各种移动设备,只要可以使用超导材料,那么充电的速度都将以秒为单位计算。而且,高性能的手机、电脑等设备体积将进一步缩小,室温超导体的到来,甚至让我们有望实现超小体积的量子芯片。

著名分析师郭明錤就直言,如果LK-99室温超导体被证实为真,那么未来的iPhone将会拥有超越当下量子计算机的性能。此言一出,倒是引起了不少果粉的关注,实际上不仅仅是iPhone,所有的移动电子设备都会因室温超导体材料而得到巨大的性能提升。

如今的超导体量子芯片系统,都需要借助超导体让完成信号传输等阶段,而常规的超导体必须在极低温度下才能正常运行, 所以我们目前所看到的量子计算系统,往往都需要搭配一个庞大的冷却系统,让其中的超导体可以达到临界温度,同时也让量子计算机一直无法小型化。

图源:知乎

而室温超导体材料的出现,确实有机会让我们将量子芯片小型化并部署到移动设备中,让手机这样的设备也可以拥有量子计算机的强大算力。不过别高兴得太早,首先我并不看好量子芯片在手机等设备上的应用,我们如今的移动生态都是围绕传统半导体芯片所设计,而量子芯片的运算逻辑与传统芯片却有着天壤之别。

如果说ARM和x86之间还可以通过编译器转换来互相兼容,而基于传统半导体芯片设计的指令集和系统,却几乎没有可能在量子芯片上正常运行,目前所有的量子系统都限于限定范围的运算,比如1号量子芯片被设计来解决A问题,那么在面对B问题时则会直接抓瞎。

现如今人类的量子计算机,除了受限于超导体材料的限制无法缩小体积外, 更大的问题是量子芯片的通用性无法解决,在解决这个问题之前,想要将量子芯片应用到消费级市场显然是不可能的,也没有意义的。

室温超导体被誉为第四次工业革命的开端,其实更多是体现在工业领域上,光是电力超低损耗传输就可以让我们节省大量的能源损耗,并且更加灵活的调整全国电量分配、让西北的清洁能源可以穿过大半个中国传输到沿海工业区域,显著降低电力成本。

以上只是常温超导的其中一个发力点,交通运输、工业生产、医疗、数码产品等,所有与电能有关的东西都将因此受益,进而反馈到整个社会中,这也是常温超导为何能够如此广泛关注的原因,因为它就是人类开启高效电力时代的钥匙。

自1911年卡末林·昂内斯发现金属汞可以在-℃下呈现出超导状态以来,人类就一直在致力于寻找能够在更高的温度下保持超导状态的材料。

图源:维基百科

目前能够量产的超导体材料,至少也需要在液氮的冷却下才能保持超导状态,至于还处于实验室阶段的材料中,超导临界温度最高是260K,也就是零下13度。听起来也不低,但是对比动辄领先一两百度的超导体材料来说,已经算得上是“超高温超导材料”。

但是,对比LK-99,过去的所有超导体材料都将成为垃圾,如果韩国团队给出的数据是真实的,那么LK-99的临界温度将高达127摄氏度。注意,并不是材料到达127摄氏度才会产生超导现象,而是材料温度超过127度后才会失去超导效应, 这意味着在大多数应用环境中,这种材料都不需要额外的维持设备就可以保持超导状态。

换言之,LK-99是一种制备简单、材料成本低廉、超导临界温度极高的全新超导材料,如何形容它的夸张度呢?一句话:材料学专家做梦都不敢这么想。正是因为这个材料的性质过于离谱,以至于大多数网友都对此表示质疑,认为这是一次学术造假行为。

对于LK-99是否真的是室温超导体,目前其实并没有定论,国内多个研究所和大学都在组织相关团队进行复现验证。其中,华中科技大学的一个团队在制备的LK-99材料中,成功验证到了明显的抗磁性并出现迈斯钠效应,该效应被认为是超导体的一个重要证明,但是并不能直接断定LK-99就是超导体,因为制备的材料过小无法测试电阻,所以依然无法做出定论。

值得注意的是,华中科技大学制备的材料经过检测所获得的部分数据,与LK-99论文所提供的数据基本一致,至少从这点上看,韩国团队的学术造假概率明显下降。 同时,中美的权威科研机构也在理论上为LK-99站台,从超级计算机模拟的结果来看,LK-99确实是有可能存在室温超导状态的一种全新材料。

图源:推特

对于材料学的研究,并非小雷的专业,但是从相关专业人士的回答来看,材料制备会受到众多因素影响,即使只是微小的不同都可能导致材料的性质完全改变,所以想要完全确认或证伪LK-99的超导性质,需要更多的时间去制备材料才行。

换言之,短时间内都无法给出确切的定论,不过从目前的情况来看,即使LK-99并非室温超导材料,其也将会是一种全新的强抗磁性材料,而且因为制备原料过程简单、材料成本低廉,相较于目前最强的抗磁材料热解石墨有着更广泛的应用空间,而且也为材料学家们提供了一个新的超导材料研究方向。

可以预见,LK-99在接下来的一段时间里,仍将牵动无数人的心,并且决定人类能否进入一个新的时代。

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