（CWW）近來(lái)，LK-99是否為室溫常壓超導(dǎo)材料引發(fā)全球爭(zhēng)議。本文梳理了LK-99的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并重點(diǎn)分析了室溫常壓超導(dǎo)材料一旦突破量產(chǎn)后，將對(duì)通信行業(yè)產(chǎn)生設(shè)備小型化、運(yùn)營(yíng)成本削減、網(wǎng)絡(luò)性能提升、新場(chǎng)景落地等深遠(yuǎn)影響，重構(gòu)包含通信行業(yè)內(nèi)的電氣社會(huì)。
LK-99的室溫常壓超導(dǎo)性雖遭否定，但室溫常壓超導(dǎo)材料已在突破臨界點(diǎn)
7月22日，韓國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在arXiv平臺(tái)發(fā)布論文稱，合成了世界首個(gè)室溫常壓超導(dǎo)體LK-99（改性鉛磷灰石晶體結(jié)構(gòu)），即在正常大氣環(huán)境下、可在127℃以下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。
(相關(guān)資料圖)
超導(dǎo)是某些材料在非常低的溫度下，電阻突然消失，電流可以無(wú)損耗地?zé)o限期流動(dòng)的現(xiàn)象。零電阻、完全抗磁性、通量量子化是判斷超導(dǎo)體的重要特征。室溫在凝聚態(tài)物理學(xué)上為300K（約 27℃），超過(guò)300K的超導(dǎo)體才能被叫做室溫超導(dǎo)。
近期實(shí)驗(yàn)否定LK-99具有超導(dǎo)性。截至8月3日，中美俄實(shí)驗(yàn)室競(jìng)相宣布部分實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)及理論證明：中國(guó)復(fù)現(xiàn)樣本證明強(qiáng)抗磁性以及110K溫度下零電阻特性，美國(guó)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬理論上證明其可行性，俄羅斯復(fù)現(xiàn)室溫抗磁樣本。但8月8日中美最新研究聲稱LK-99不具備超導(dǎo)性，LK-99是否是室溫常壓超導(dǎo)仍未有定論。
室溫常壓超導(dǎo)材料已在突破臨界點(diǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自1987年以來(lái)全球聲稱發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)至少7次，尤其近5年有4次此類事件，頻率更密集。今年除本次外，3月美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上也宣布發(fā)現(xiàn)了常溫超導(dǎo)體，雖然這些實(shí)驗(yàn)都未得到證實(shí)，但隨著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)理論的積累，前沿科學(xué)家頻繁“搶跑”造成的混亂意味著科學(xué)界預(yù)感目前正處于突破的臨界點(diǎn)。我們預(yù)計(jì)，未來(lái)幾年此類新聞將會(huì)不斷激起人們一波又一波的熱論，直至“室溫常壓超導(dǎo)”被實(shí)現(xiàn)。
如果室溫常壓超導(dǎo)材料量產(chǎn)，將引領(lǐng)社會(huì)變革
LK-99一旦被證實(shí)為室溫常壓超導(dǎo)材料，預(yù)計(jì)將快速實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
首先，超導(dǎo)材料享受諸多政策紅利，而且其主要材料磷、鉛、銅等均屬于常見(jiàn)材料，相對(duì)易得且便宜。其次，雖然LK-99是否具有超導(dǎo)特性仍有待證實(shí)，但是LK-99材料制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，考慮其帶來(lái)的變革性影響，一旦證實(shí)LK-99為室溫常壓超導(dǎo)材料，各國(guó)會(huì)向其傾斜大量的資金和科技力量，其制備過(guò)程等將會(huì)快速得到確定，工藝流程快速優(yōu)化，從而快速實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
如果室溫常壓超導(dǎo)材料量產(chǎn)，將被推廣應(yīng)用至各行各業(yè)，從而重構(gòu)電氣社會(huì)。
如果室溫常壓超導(dǎo)材料量產(chǎn)，將全方位推動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域的革新。其應(yīng)用將不再受限于低溫冷卻設(shè)備及強(qiáng)大壓強(qiáng)，將極大地節(jié)省超導(dǎo)材料的應(yīng)用成本，無(wú)疑能夠驚人地提升能源利用效率、能源傳輸?shù)目煽啃?，提供更?qiáng)大的磁場(chǎng)支持，并將廣泛應(yīng)用于能源、交通、信息、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域。作為對(duì)比，傳統(tǒng)超導(dǎo)材料受限于低溫和壓強(qiáng)，應(yīng)用范圍十分有限。據(jù)海通國(guó)際研報(bào)，目前包括以鈮鈦和鈮錫為主的低溫超導(dǎo)材料（4K/-269℃液氦溫區(qū)），主要應(yīng)用于醫(yī)療核磁共振、粒子加速器、對(duì)撞機(jī)等；鉍系和釔鋇銅氧為主的高溫超導(dǎo)材料（77K/-196℃液氮溫區(qū)），主要應(yīng)用于超導(dǎo)線纜、可控核聚變、感應(yīng)加熱等。而超導(dǎo)的另一條路線“高壓”同樣對(duì)工作環(huán)境有極大要求。
室溫常壓超導(dǎo)材料一旦突破后量產(chǎn)，將重構(gòu)通信行業(yè)
室溫常壓超導(dǎo)材料對(duì)通信行業(yè)的重構(gòu)預(yù)計(jì)分為三個(gè)階段。
根據(jù)室溫常壓超導(dǎo)的商業(yè)化進(jìn)程以及通信行業(yè)本身需求、規(guī)模以及替代的難度，我們認(rèn)為室溫超導(dǎo)最先賦能前沿科技如量子計(jì)算等耗能極大的設(shè)備；然后會(huì)賦能終端、服務(wù)器、基站、傳輸?shù)葘?duì)節(jié)能和算力有較大需求的通信設(shè)備；最后會(huì)替代已有良好數(shù)據(jù)傳輸性質(zhì)且大量使用的光纖而成為傳輸網(wǎng)絡(luò)最常使用的材料。
1.從通信設(shè)備生產(chǎn)來(lái)看，將推動(dòng)傳統(tǒng)通信設(shè)備更小、更穩(wěn)定、更高效
超導(dǎo)材料能提供更高的電流密度和更低的電阻，將推動(dòng)更小、更快、更節(jié)能的服務(wù)器、傳輸、基站、終端等通信設(shè)備的出現(xiàn)。芯片方面，超導(dǎo)材料可大幅降低芯片的功耗和熱量產(chǎn)生，并提高性能，推動(dòng)芯片制程、硬件架構(gòu)等革新，如可用于芯片設(shè)計(jì)，有望實(shí)現(xiàn)5nm以下制程芯片商用；其抗磁性能將芯片間干擾降至最低，提升可靠性和穩(wěn)定性。電池方面，超導(dǎo)材料可作為電極材料，提高電池的充放電效率及能量密度，實(shí)現(xiàn)電池小型化，并延長(zhǎng)使用壽命；其良好的導(dǎo)熱性和機(jī)械強(qiáng)度，可增強(qiáng)電池的散熱和抗震能力，提高安全性。通信器件方面，使用超導(dǎo)材料制作的通信器件，可實(shí)現(xiàn)更高的性能和更低的能耗，如可用于濾波器，解決濾波器的尺寸和損耗的權(quán)衡問(wèn)題，提升通信系統(tǒng)的抗干擾性和通信質(zhì)量。同時(shí)，通信設(shè)備將更易于部署和維護(hù)，集成度和便攜性也將大幅提升。
2.從綠色低碳來(lái)看，將助力大規(guī)模削減用電量
有相關(guān)預(yù)測(cè)指出，到2025年，通信行業(yè)將消耗全球20%的電力，其中，占比較大的為數(shù)據(jù)中心和無(wú)線基站，超導(dǎo)材料可降低其熱耗散。2021年全國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量達(dá)2166億度，約占全國(guó)總耗電量的2.6%，據(jù)開(kāi)源證券研究所統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)中心散熱系統(tǒng)（非IT設(shè)備）用電約占數(shù)據(jù)中心總用電的40%，使用超導(dǎo)后，這部分用電可全部節(jié)約；IT設(shè)備中，超導(dǎo)可節(jié)省作用于電路板及芯片內(nèi)部電路相關(guān)電阻的耗能，這部分估計(jì)占IT設(shè)備耗能的90%以上。此外，由于計(jì)算量越大散熱越大，解決數(shù)據(jù)中心的散熱問(wèn)題，還能直接提升其計(jì)算性能。基站方面也可大大降低功耗，基站耗電的主要因素是各種元器件，如約50%的基站功耗來(lái)自功率放大器，通過(guò)使用由室溫超導(dǎo)材料構(gòu)成的器件、傳輸線、天線等，可以大大降低基站功耗。
3.從信息處理效率來(lái)看，將大幅提升計(jì)算速率、傳輸帶寬、網(wǎng)絡(luò)延遲及安全等指標(biāo)
在計(jì)算速率和安全方面，超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)可針對(duì)特定計(jì)算問(wèn)題，與經(jīng)典計(jì)算機(jī)相比具有很大優(yōu)勢(shì)；而室溫常壓超導(dǎo)可以降低量子計(jì)算機(jī)的散熱和維持需求，改善量子位的穩(wěn)定性和計(jì)算精度，提高量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度和能力，將為量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用打開(kāi)新的可能性。量子通信由于量子的不可測(cè)量性、不可克隆性，相較以微電子為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)通信技術(shù)更安全，而室溫常壓超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)將極大助力量子通信的實(shí)現(xiàn)。在傳輸帶寬和網(wǎng)絡(luò)延遲方面，室溫常壓超導(dǎo)材料能提高通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬和響應(yīng)速度。和光纖相比，首先，超導(dǎo)材料具備抗衰減、高速等優(yōu)勢(shì)，在超導(dǎo)材料中信號(hào)幾乎可以以光速傳輸，而光纖由于信號(hào)色散和光吸收等因素，傳輸速度為光速和折射率的比值；其次，室溫超導(dǎo)的高速和低損耗特性使其能夠同時(shí)高效傳輸大量信息，從而實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)通信。
4.從通信需求來(lái)看，多行業(yè)的變革將給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)更多的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)，快速形成新的商業(yè)閉環(huán)
室溫超導(dǎo)材料的廣泛應(yīng)用將給通信行業(yè)帶來(lái)更多市場(chǎng)空間，它將全面革新電力領(lǐng)域的輸發(fā)電、儲(chǔ)能、效率；將通過(guò)極大降低磁懸浮列車成本，從而引起交通方式的變革；將使醫(yī)療領(lǐng)域儀器的小型化等等，這將催生大量新型應(yīng)用場(chǎng)景的快速落地，為通信行業(yè)帶來(lái)更多市場(chǎng)空間。
新型應(yīng)用場(chǎng)景也將對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能提出更多挑戰(zhàn)，例如，磁懸浮列車時(shí)速可超600千米/小時(shí)，其多普勒效應(yīng)相比目前的高鐵將更加明顯，對(duì)通信系統(tǒng)的干擾處理能力提出更高的要求；又如，若AR/VR設(shè)備不再受限于電池及發(fā)熱問(wèn)題而實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，將加速元宇宙的實(shí)現(xiàn)，虛擬世界與真實(shí)世界的無(wú)縫融合，將對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量、速率等均提出更高要求。
展望
目前，LK-99是否為室溫超導(dǎo)材料依然存在很多爭(zhēng)議，即便證實(shí)LK-99是超導(dǎo)材料，也可能存在延展性和可塑性差等缺點(diǎn)，影響其使用范圍和效果。
但我們常常會(huì)高估未來(lái)兩年的變化，而低估未來(lái)十年的變化，室溫常壓超導(dǎo)材料作為一項(xiàng)基礎(chǔ)材料，一旦實(shí)現(xiàn)突破，還可能有非常多的想象空間，例如可控核聚變、強(qiáng)人工智能、探索太空等等，這其中的每一項(xiàng)都足以顛覆社會(huì)。我國(guó)是少數(shù)幾個(gè)掌握低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料生產(chǎn)技術(shù)的國(guó)家之一，研究已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。在低溫超導(dǎo)方面，我國(guó)已在八十年代實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，在高溫超導(dǎo)方面，我國(guó)已進(jìn)入商業(yè)化落地階段。
關(guān)鍵詞：
營(yíng)業(yè)執(zhí)照公示信息