你猎奇科學將怎么改變日子嗎？你對哪些科學問題感興趣？本版今起開設“瞰前沿·@科學家”欄目，歡迎廣大讀者打開腦洞、敞開提問，我們將邀請科學家答复，一同探究科技新知。

　　網友：最近看到一則新聞：國際熱核聚變實驗堆組織宣告已完结国际最大、最強的脈沖超導電磁體系統的悉数組件制作，其中直徑9至25米的超導磁環由中國參與制作。我對“超導磁環”很猎奇，能否講講超導的原理是什麼、有哪些應用？

　　編輯：這是一個很好的問題。超導，一種能讓電流“零阻力”奔驰的“魔法资料”，正悄然刻画未來圖景。可控核聚變、磁懸浮列車、量子計算機……探究前沿的陣地上，超導的身影無處不在。本期我們邀請到中國科學院院士、南边科技大學校長薛其坤，請他帶我們走進超導的“奇特国际”。

　　從點亮燈泡到驅動高鐵，電流的順暢流動是社會日子的命脈。但是，銅、鋁等傳統導電资料總伴隨著能量損耗，就像水管中的水流遭受冲突阻力。有沒有一種资料能讓電流“零阻力”奔驰？

　　答案是超導资料——這個凝集人類百年才智的科學奇跡，正在重塑动力與科技的版圖。

　　導電性是资料傳輸電流的才能，资料的電阻小，资料的導電才能就強，反之亦然。銅、銀和鋁等金屬因內部自在電子活躍，成為電線、芯片生產的首要资料。但即使導電性最好的銀，電阻也並非為零。電流流過時，由於電阻的存在，部分電能會以熱量的方式耗散。據統計，全球每年因輸電損耗的電量高達總發電量的5%—10%。

　　隨著算力需求爆破式增長，電力需求也逐渐攀升，數據中心、超算中心的芯片發熱已成為技術瓶頸。例如，傳統半導體芯片中，約40%的電能轉化為熱量，既浪費动力，又需龐大的散熱系統。怎么把這部分能量節省下來？超導技術是答案之一。

　　1911年，荷蘭物理學家卡末林—昂內斯發現，汞在零下269攝氏度時，電阻忽然消失，電流可永續流動而不衰減，他將這一現象命名為“超導電性”。超導體的零電阻特性，好像為電子鋪設了一條無冲突的“高速公路”。

　　這一特性已悄然改變日子。醫院中的核磁共振成像儀便是經典事例：其中心的超導線圈通電后產生強磁場，用於人體成像。若用一般銅線圈，不僅耗電量巨大，還需求持續供電制冷來抵消電阻發熱，而超導線圈一旦通電，可永久維持磁場，能耗近乎為零。

　　更庞大的應用已經落地。廣東深圳安全大廈於2021年啟用了自主研發的三相同軸高溫超導電纜，這是国际上初次將超導電纜應用於超大型城市中心區。這條電纜在零下196攝氏度的液氮保護環境下作业，電流承載量是平等粗細銅纜的5倍，輸電損耗下降約80%。未來，城市電網若全面改用超導電纜，輸電功率將躍升，停電事端或將大大減少。

　　前期超導體需依賴液氦（零下269攝氏度）維持低溫，本钱極高。1968年，科學家麥克米蘭提出理論：傳統超導體在常壓下的臨界溫度不會超過40開爾文（約零下233攝氏度），這一“天花板”被稱為“麥克米蘭極限”。

　　但是，1986年，銅基氧化物超導體的發現打破了這一預言，它能够在液氮溫區（大於77 開爾文即零下196攝氏度）作业，使超導應用本钱下降許多。2008年，鐵基超導體成為第二類打破“麥克米蘭極限”的高溫超導资料。

　　本年2月，南边科技大學團隊宣告最新科研打破：在常壓環境下實現了鎳氧化物薄膜超過“麥克米蘭極限”（40開爾文以上）的超導電性，使鎳基资料成為常壓下繼銅基、鐵基之后的第三類高溫超導资料體系。

　　這項發表於《天然》雜志的打破性研讨，不僅改写了超導资料宗族圖譜，更是在鎳基體系中驗証了高溫超導的普適性，為破解高溫超導機理供给了關鍵拼圖。

　　“誰解開高溫超導之謎，誰就把握了21世紀动力革新的鑰匙。”諾貝爾物理學獎得主安東尼·萊格特曾經這麼預言。在銅基、鐵基、鎳基三類高溫超導资料的發現和研讨中，中國科學家正從跟跑變為領跑。假如最終實現了“超高溫超導”即室溫超導，將是人類科學史上最严重的發現之一。

　　超導的“法力”不止於零電阻。1933年，物理學家邁斯納發現，超導體能彻底排挤外部磁場，似乎被無形之力托起。這一“彻底抗磁性”現象被稱為“邁斯納效應”，它是磁懸浮技術的物理柱石。

　　上海磁浮演示線已運行近20年，線上的列車依托常規電磁鐵懸浮，需持續供電維持磁場。而若採用超導磁懸浮，列車可“自發”懸浮於軌道之上，能耗能够大幅度下降。2021年，中國在成都建成全球首條高溫超導磁懸浮試驗線，車輛在液氮溫區實現自穩定懸浮，為下一代磁懸浮高鐵奠定基礎。

　　超導不僅是工程奇跡，更是量子物理的“宏觀展廳”。在超導體中，無數的電子會結成“庫珀對”，步調一致地運動，构成宏觀标准的量子態。這種特性讓超導體成為量子科技的“中心元件”。例如，超導單光子探測器能捕捉單個光子的信號，是量子通讯的“火眼金睛”﹔超導量子比特可長時間坚持量子疊加態，科學家正在使用超導量子比特設計量子計算機，實現復雜超高速運算。假如可糾錯的通用超導量子計算機最終被研制成功，它將供给比现在国际上最快的超級計算機還快百萬倍以上的運算才能，並帶來信息技術的严重變革。

　　超導研讨已推動了低溫物理、量子力學、资料科學的穿插交融。未來，隨著高溫超導機制的清楚與制備工藝的優化，這項“低溫奇跡”或將成為連接基礎科學與產業變革的重要紐帶。

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