近日，據香港知名國際媒體《南華早報》訊息稱，中國領導的科學家團隊發現了一種新的量子磁性材料，具有“超固態”特性，可以用於創造超低溫環境，用於量子計算等高科技應用。
量子計算賽道
量子計算是一種利用量子力學原理來執行計算的技術，它有著遠超傳統計算機的潛力，可以解決一些目前無法解決的難題，如密碼學、人工智慧、材料科學等。
但要實現量子計算，需要創造一個極端的環境，即超低溫，這是一種接近絕對零度的溫度，讓量子位元（qubit）保持穩定和可控。
然而，目前實現超低溫的主要方法是使用液態氦作為製冷劑，這是一種稀缺和昂貴的資源，而且主要依賴於進口。在中美科技戰的背景下，中國還面臨著美國限制向其出口稀釋製冷機的威脅，這是製造超低溫環境的關鍵裝置。
因此，尋找一種替代液態氦的製冷系統，對於中國加快發展量子技術，提高國家安全和競爭力，具有重要的意義。
近日，一項由中國科學家領導的國際研究團隊，在《自然》雜誌上發表了一篇論文，宣佈他們發現了一種新的超固態材料，可以用來製造超低溫環境，從而為高科技應用，如量子計算，提供可能。
這項研究不僅為解決氦氣短缺的問題提供了一個方向，也為探索基礎物理學的奧秘，打開了一扇新的視窗。
新材料的發現和特性
這個國際團隊——由北京的中國科學院實驗室的研究人員領導——開始尋找一種固態材料，能夠透過改變其狀態來實現大的能量變化，從而達到製冷的效果。
經過多年的實驗，他們發現了一種基於鈷的量子磁性材料，它是一種“超固態”材料，意味著它有著固態的結構，但也表現出流體的特性。
超固態是一種既具有固體的剛性，又具有超流體的無粘性的物質狀態，它是一種非常罕見和神秘的現象，半個世紀以來，物理學家一直在尋找它的存在。
超固態的形成，需要在極低的溫度下，讓原子之間的相互作用達到一種平衡，使得原子既能保持有序的排列，又能自由地流動。
科學家們說，他們還觀察到這種材料冷卻到低於1開爾文的溫度，有可能用來實現超低溫。物理學中最低可能的溫度是零下273攝氏度，或0開爾文（零下459華氏度），根據熱力學第三定律。
物理學家將超低溫定義為在0到4.2開爾文之間，這是發展尖端技術，包括量子計算，所需的範圍。
“這確實是一個新興的前沿領域，”中國科學院凝聚態物理國家實驗室的某位教授說，他是該研究的共同通訊作者之一。
他說，科學家們只是在近年來看到了使用固態來實現超低溫的潛力，而這項研究只有少數科學家在世界各地進行。
新材料的應用和影響
這項研究對中國來說意義重大，因為中國目前依賴從包括美國在內的國家進口氦氣，作為製冷劑。而在中美科技戰的背景下，中國還面臨著美國限制向其出口稀釋製冷機的威脅，這是製造超低溫環境的關鍵裝置。
氦氣的短缺，尤其是氦-3的短缺，是中國在加快發展量子技術的過程中面臨的挑戰。2022年，中國94%的氦氣是進口的，其中大部分來自卡達，其次是美國和澳大利亞。
根據孫教授的說法，中國“根本沒有氦-3，幾乎總是依賴俄羅斯和美國”來獲取這種同位素。
而在中美科技戰的背景下，中國從海外獲得稀釋製冷機的難度也越來越大，孫教授說，這已經“嚴重阻礙了中國量子技術的發展”。
北京已經將支援中國生產這種關鍵技術作為國家優先事項，並已經投入了大量資金。2023年10月，量子計算機公司Origin Quantum成為最新一家宣佈生產稀釋製冷機的中國公司，據官方《科技日報》報道。
孫教授說，該團隊已經開發了一些裝置來複制和應用他們的實驗，在某些環境中，但他指出，要實現廣泛的應用，還有很長的路要走，還有一些工程問題要克服。
如果這種新材料能夠成功地用於製造超低溫環境，那麼它將為中國的量子技術發展帶來巨大的優勢，不僅可以降低成本和依賴，還可以提高效率和穩定性。
量子技術是一種具有顛覆性的技術，它可以改變資訊處理、通訊、安全、探測等領域的現狀，對於國家的科技創新、經濟發展、國際競爭力等都有重要的影響。
此外，這項研究也可能是進一步討論和研究基礎物理學的起點。
“半個世紀以來，人們一直認為超固態是存在的，現在我們有了一些證據，”孫教授說，“科學家們可能會受到啟發，去尋找其他材料中的新證據，這最終可能推動物理學的進步。”
超固態是一種涉及量子力學、凝聚態物理、統計力學等多個領域的複雜現象，它對於理解物質的本質、探索宇宙的奧秘、發現新的物理規律等都有著重要的價值。
這項研究不僅為製冷技術提供了一個新的選擇，也為物理學的探索打開了一扇新的視窗。
