（CWW）近來，LK-99是否為室溫常壓超導材料引發(fā)全球爭議。本文梳理了LK-99的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并重點分析了室溫常壓超導材料一旦突破量產(chǎn)后，將對通信行業(yè)產(chǎn)生設備小型化、運營成本削減、網(wǎng)絡性能提升、新場景落地等深遠影響，重構包含通信行業(yè)內(nèi)的電氣社會。

(相關資料圖)

LK-99的室溫常壓超導性雖遭否定，但室溫常壓超導材料已在突破臨界點

7月22日，韓國科研團隊在arXiv平臺發(fā)布論文稱，合成了世界首個室溫常壓超導體LK-99（改性鉛磷灰石晶體結構），即在正常大氣環(huán)境下、可在127℃以下實現(xiàn)超導。

超導是某些材料在非常低的溫度下，電阻突然消失，電流可以無損耗地無限期流動的現(xiàn)象。零電阻、完全抗磁性、通量量子化是判斷超導體的重要特征。室溫在凝聚態(tài)物理學上為300K（約 27℃），超過300K的超導體才能被叫做室溫超導。

近期實驗否定LK-99具有超導性。截至8月3日，中美俄實驗室競相宣布部分實驗復現(xiàn)及理論證明：中國復現(xiàn)樣本證明強抗磁性以及110K溫度下零電阻特性，美國通過計算機模擬理論上證明其可行性，俄羅斯復現(xiàn)室溫抗磁樣本。但8月8日中美最新研究聲稱LK-99不具備超導性，LK-99是否是室溫常壓超導仍未有定論。

室溫常壓超導材料已在突破臨界點。據(jù)不完全統(tǒng)計，自1987年以來全球聲稱發(fā)現(xiàn)室溫超導至少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月美國物理學會會議上也宣布發(fā)現(xiàn)了常溫超導體，雖然這些實驗都未得到證實，但隨著實驗數(shù)據(jù)和相關理論的積累，前沿科學家頻繁“搶跑”造成的混亂意味著科學界預感目前正處于突破的臨界點。我們預計，未來幾年此類新聞將會不斷激起人們一波又一波的熱論，直至“室溫常壓超導”被實現(xiàn)。

如果室溫常壓超導材料量產(chǎn)，將引領社會變革

LK-99一旦被證實為室溫常壓超導材料，預計將快速實現(xiàn)量產(chǎn)。

首先，超導材料享受諸多政策紅利，而且其主要材料磷、鉛、銅等均屬于常見材料，相對易得且便宜。其次，雖然LK-99是否具有超導特性仍有待證實，但是LK-99材料制備工藝相對簡單，考慮其帶來的變革性影響，一旦證實LK-99為室溫常壓超導材料，各國會向其傾斜大量的資金和科技力量，其制備過程等將會快速得到確定，工藝流程快速優(yōu)化，從而快速實現(xiàn)量產(chǎn)。

如果室溫常壓超導材料量產(chǎn)，將被推廣應用至各行各業(yè)，從而重構電氣社會。

如果室溫常壓超導材料量產(chǎn)，將全方位推動各個領域的革新。其應用將不再受限于低溫冷卻設備及強大壓強，將極大地節(jié)省超導材料的應用成本，無疑能夠驚人地提升能源利用效率、能源傳輸?shù)目煽啃裕峁└鼜姶蟮拇艌鲋С郑V泛應用于能源、交通、信息、醫(yī)療等諸多領域。作為對比，傳統(tǒng)超導材料受限于低溫和壓強，應用范圍十分有限。據(jù)海通國際研報，目前包括以鈮鈦和鈮錫為主的低溫超導材料（4K/-269℃液氦溫區(qū)），主要應用于醫(yī)療核磁共振、粒子加速器、對撞機等；鉍系和釔鋇銅氧為主的高溫超導材料（77K/-196℃液氮溫區(qū)），主要應用于超導線纜、可控核聚變、感應加熱等。而超導的另一條路線“高壓”同樣對工作環(huán)境有極大要求。

室溫常壓超導材料一旦突破后量產(chǎn)，將重構通信行業(yè)

室溫常壓超導材料對通信行業(yè)的重構預計分為三個階段。

根據(jù)室溫常壓超導的商業(yè)化進程以及通信行業(yè)本身需求、規(guī)模以及替代的難度，我們認為室溫超導最先賦能前沿科技如量子計算等耗能極大的設備；然后會賦能終端、服務器、基站、傳輸?shù)葘?jié)能和算力有較大需求的通信設備；最后會替代已有良好數(shù)據(jù)傳輸性質(zhì)且大量使用的光纖而成為傳輸網(wǎng)絡最常使用的材料。

1.從通信設備生產(chǎn)來看，將推動傳統(tǒng)通信設備更小、更穩(wěn)定、更高效

超導材料能提供更高的電流密度和更低的電阻，將推動更小、更快、更節(jié)能的服務器、傳輸、基站、終端等通信設備的出現(xiàn)。芯片方面，超導材料可大幅降低芯片的功耗和熱量產(chǎn)生，并提高性能，推動芯片制程、硬件架構等革新，如可用于芯片設計，有望實現(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，實現(xiàn)電池小型化，并延長使用壽命；其良好的導熱性和機械強度，可增強電池的散熱和抗震能力，提高安全性。通信器件方面，使用超導材料制作的通信器件，可實現(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衡問題，提升通信系統(tǒng)的抗干擾性和通信質(zhì)量。同時，通信設備將更易于部署和維護，集成度和便攜性也將大幅提升。

2.從綠色低碳來看，將助力大規(guī)模削減用電量

有相關預測指出，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)中心和無線基站，超導材料可降低其熱耗散。2021年全國數(shù)據(jù)中心耗電量達2166億度，約占全國總耗電量的2.6%，據(jù)開源證券研究所統(tǒng)計，數(shù)據(jù)中心散熱系統(tǒng)（非IT設備）用電約占數(shù)據(jù)中心總用電的40%，使用超導后，這部分用電可全部節(jié)約；IT設備中，超導可節(jié)省作用于電路板及芯片內(nèi)部電路相關電阻的耗能，這部分估計占IT設備耗能的90%以上。此外，由于計算量越大散熱越大，解決數(shù)據(jù)中心的散熱問題，還能直接提升其計算性能。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%的基站功耗來自功率放大器，通過使用由室溫超導材料構成的器件、傳輸線、天線等，可以大大降低基站功耗。

3.從信息處理效率來看，將大幅提升計算速率、傳輸帶寬、網(wǎng)絡延遲及安全等指標

在計算速率和安全方面，超導量子計算機可針對特定計算問題，與經(jīng)典計算機相比具有很大優(yōu)勢；而室溫常壓超導可以降低量子計算機的散熱和維持需求，改善量子位的穩(wěn)定性和計算精度，提高量子計算機的計算速度和能力，將為量子計算機的研發(fā)和應用打開新的可能性。量子通信由于量子的不可測量性、不可克隆性，相較以微電子為基礎的計算機通信技術更安全，而室溫常壓超導計算機的實現(xiàn)將極大助力量子通信的實現(xiàn)。在傳輸帶寬和網(wǎng)絡延遲方面，室溫常壓超導材料能提高通信網(wǎng)絡的帶寬和響應速度。和光纖相比，首先，超導材料具備抗衰減、高速等優(yōu)勢，在超導材料中信號幾乎可以以光速傳輸，而光纖由于信號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，室溫超導的高速和低損耗特性使其能夠同時高效傳輸大量信息，從而實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)通信。

4.從通信需求來看，多行業(yè)的變革將給運營商帶來更多的機會和挑戰(zhàn)，快速形成新的商業(yè)閉環(huán)

室溫超導材料的廣泛應用將給通信行業(yè)帶來更多市場空間，它將全面革新電力領域的輸發(fā)電、儲能、效率；將通過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)療領域儀器的小型化等等，這將催生大量新型應用場景的快速落地，為通信行業(yè)帶來更多市場空間。

新型應用場景也將對網(wǎng)絡性能提出更多挑戰(zhàn)，例如，磁懸浮列車時速可超600千米/小時，其多普勒效應相比目前的高鐵將更加明顯，對通信系統(tǒng)的干擾處理能力提出更高的要求；又如，若AR/VR設備不再受限于電池及發(fā)熱問題而實現(xiàn)量產(chǎn)，將加速元宇宙的實現(xiàn)，虛擬世界與真實世界的無縫融合，將對網(wǎng)絡容量、速率等均提出更高要求。

展望

目前，LK-99是否為室溫超導材料依然存在很多爭議，即便證實LK-99是超導材料，也可能存在延展性和可塑性差等缺點，影響其使用范圍和效果。

但我們常常會高估未來兩年的變化，而低估未來十年的變化，室溫常壓超導材料作為一項基礎材料，一旦實現(xiàn)突破，還可能有非常多的想象空間，例如可控核聚變、強人工智能、探索太空等等，這其中的每一項都足以顛覆社會。我國是少數(shù)幾個掌握低溫超導材料和高溫超導材料生產(chǎn)技術的國家之一，研究已達到或接近國際先進水平。在低溫超導方面，我國已在八十年代實現(xiàn)商業(yè)化，在高溫超導方面，我國已進入商業(yè)化落地階段。