瞻觀前沿

7月11日，據(jù)央視新聞報(bào)道，經(jīng)過十多年科研攻關(guān)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了求解費(fèi)米子哈伯德模型的超冷原子量子模擬器，以超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的模擬能力首次驗(yàn)證了該體系中的反鐵磁相變，朝向獲得該模型低溫相圖、理解高溫超導(dǎo)機(jī)理邁出了重要的第一步，也全新打開了構(gòu)建專用量子模擬機(jī)的大門。相關(guān)研究成果于7月10日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

費(fèi)米子哈伯德模型是晶格中電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的最簡(jiǎn)化模型，被認(rèn)為是有希望解釋高溫超導(dǎo)機(jī)理這一困擾物理學(xué)界近四十年難題的核心物理模型。一旦理解其物理機(jī)制，就能夠規(guī)?；卦O(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用新型的高溫超導(dǎo)材料，在電力傳輸、醫(yī)學(xué)、超算等領(lǐng)域產(chǎn)生變革性影響。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士介紹，量子計(jì)算為求解若干經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以勝任的計(jì)算難題提供了全新的方案。國(guó)際學(xué)術(shù)界為量子計(jì)算的發(fā)展設(shè)定了三個(gè)階段：一是對(duì)特定問題的計(jì)算能力超越經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性。隨著美國(guó)谷歌公司懸鈴木以及中國(guó)科大九章系列、祖沖之號(hào)系列量子計(jì)算原型機(jī)的實(shí)現(xiàn)，這一階段的目標(biāo)已達(dá)到；二是實(shí)現(xiàn)專用量子模擬機(jī)以求解諸如費(fèi)米子哈伯德模型這一類重要科學(xué)問題，這是當(dāng)前的主要研究目標(biāo)；三是在量子糾錯(cuò)的輔助下實(shí)現(xiàn)通用容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)。

研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年研究攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)突破，創(chuàng)造性地將盒型光勢(shì)阱和平頂光晶格技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了空間均勻的費(fèi)米子哈伯德體系的絕熱制備。該體系包含大約80萬個(gè)格點(diǎn)，比目前主流實(shí)驗(yàn)的幾十個(gè)格點(diǎn)規(guī)模提高了約4個(gè)數(shù)量級(jí)，直接觀察到了反鐵磁相變的確鑿證據(jù)，從而首次驗(yàn)證了費(fèi)米子哈伯德模型包括摻雜條件下的反鐵磁相變。

圖源：量子模擬器

技術(shù)價(jià)值觀察

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳宇翱教授介紹，反鐵磁相變指的是當(dāng)系統(tǒng)溫度降低到某一臨界溫度以下時(shí)，材料突然從順磁性狀態(tài)（材料中電子的自旋方向無序排列）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮幼孕行蚺帕蟹磋F磁狀態(tài)。構(gòu)建量子模擬器驗(yàn)證包括摻雜條件下的反鐵磁相變，是實(shí)現(xiàn)能夠求解費(fèi)米子哈伯德模型的專用量子模擬機(jī)的第一步，也是獲得該模型低溫相圖的重要基礎(chǔ)。

這一科研成果推進(jìn)了對(duì)費(fèi)米子哈伯德模型的理解，為進(jìn)一步求解該模型、獲取其低溫相圖奠定了基礎(chǔ)，也首次展現(xiàn)了量子模擬在解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法勝任的重要科學(xué)問題上的巨大優(yōu)勢(shì)?！蹲匀弧冯s志審稿人對(duì)該工作給予了高度評(píng)價(jià)，稱該工作有望成為現(xiàn)代科技的里程碑和重大突破；標(biāo)志著該領(lǐng)域向前邁出了重要的一步。

超導(dǎo)材料根據(jù)臨界轉(zhuǎn)變溫度的不同可以劃分為低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)體材料。

整體來看，超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)鏈上游為礦資源，如釔、鋇、鉍、鍶、硼等金屬;中游是超導(dǎo)材料，如YBCO、BSCCO和MgB2等;下游是超導(dǎo)應(yīng)用產(chǎn)品，如超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)濾波、超導(dǎo)儲(chǔ)能以及超導(dǎo)發(fā)電機(jī)等。

宏觀市場(chǎng)觀察

超導(dǎo)電力應(yīng)用為重點(diǎn)方向

超導(dǎo)全稱超導(dǎo)電性，是指在一定條件下電阻等于零，電流可在其間無損流動(dòng)的現(xiàn)象，具備這種特性的材料被稱為超導(dǎo)材料或超導(dǎo)體。超導(dǎo)材料是一項(xiàng)具有遠(yuǎn)大戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)，可以廣泛用于電子通信、醫(yī)療設(shè)備、交通運(yùn)輸、電力能源等領(lǐng)域，其中超導(dǎo)技術(shù)在MRI、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)電纜等產(chǎn)品開發(fā)中均已成功應(yīng)用。

從科技企業(yè)布局超導(dǎo)產(chǎn)品來看，超導(dǎo)電力應(yīng)用是當(dāng)前科技領(lǐng)域中一個(gè)備受關(guān)注的重要方向，吸引了許多企業(yè)投入研發(fā)和商業(yè)化，包括超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)變壓器等。超導(dǎo)技術(shù)具有在電力輸配電、儲(chǔ)能等方面的潛在革命性應(yīng)用。

注：以上排名不分先后，僅匯總行業(yè)內(nèi)部分代表性科技企業(yè)。

超導(dǎo)材料、超導(dǎo)磁體為重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域

從我國(guó)超導(dǎo)技術(shù)投融資熱門賽道來看，截至2023年，超導(dǎo)材料投融資熱度較高，包括高溫超導(dǎo)材料和低溫超導(dǎo)材料等;此外，超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)電纜相關(guān)投融資事件數(shù)量占比也超過10%，反映了市場(chǎng)對(duì)超導(dǎo)技術(shù)在電力、能源等多個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景的信心。

超導(dǎo)材料以及超導(dǎo)電力應(yīng)用成為投資布局熱點(diǎn)

綜合來看，高溫超導(dǎo)材料當(dāng)前技術(shù)成熟度低于低溫超導(dǎo)材料，正處在產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展階段，未來具有廣泛的應(yīng)用潛力。超導(dǎo)技術(shù)在電力及能源的主要應(yīng)用集中在超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器等產(chǎn)的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，當(dāng)前在超導(dǎo)材料、低溫工程等各方面均得到較大的突破?？稍偕茉吹娘w速發(fā)展無疑對(duì)未來電網(wǎng)的遠(yuǎn)距離輸送容量、安全穩(wěn)定性、電力質(zhì)量、綜合效率等提出了更高的和更為迫切的需求，而基于超導(dǎo)體的獨(dú)有特性而發(fā)展起來的超導(dǎo)電力技術(shù)在提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性和電能質(zhì)量、提高大容量遠(yuǎn)距離輸電能力、降低電網(wǎng)的損耗和減少電力設(shè)備用地等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，因而超導(dǎo)技術(shù)在電力及能源領(lǐng)域的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。

注：評(píng)估星級(jí)自一星至三星，星級(jí)越高，代表從該指標(biāo)來看，技術(shù)投資潛力越大，☆代表半星。

中國(guó)超導(dǎo)技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，與超導(dǎo)關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華南和西北地區(qū)，并且以廣州、深圳和西安為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，未來布局超導(dǎo)技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展路徑，極大可能性在于華南、西北地區(qū)優(yōu)先導(dǎo)入，其中可重點(diǎn)關(guān)注廣東省廣州市天河區(qū)、陜西省西安市雁塔區(qū)和未央?yún)^(qū)、廣東省深圳市福田區(qū)和福建省廈門市海滄區(qū)所處超導(dǎo)的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對(duì)于超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展投資環(huán)境、供給市場(chǎng)的潛力空間。

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