“室温常压超导”一旦突破对通信行业影响的畅想

通信世界网消息（CWW）近来，LK-99是否为室温常压超导材料引发全球争议。本文梳理了LK-99的国内外研究现状，并重点分析了室温常压超导材料一旦突破量产后，将对通信行业产生设备小型化、运营成本削减、网络性能提升、新场景落地等深远影响，重构包含通信行业内的电气社会。

LK-99的室温常压超导性虽遭否定，但室温常压超导材料已在突破临界点

7月22日，韩国科研团队在arXiv平台发布论文称，合成了世界首个室温常压超导体LK-99（改性铅磷灰石晶体结构），即在正常大气环境下、可在127℃以下实现超导。

超导是某些材料在非常低的温度下，电阻突然消失，电流可以无损耗地无限期流动的现象。零电阻、完全抗磁性、通量量子化是判断超导体的重要特征。室温在凝聚态物理学上为300K（约 27℃），超过300K的超导体才能被叫做室温超导。

近期实验否定LK-99具有超导性。截至8月3日，中美俄实验室竞相宣布部分实验复现及理论证明：中国复现样本证明强抗磁性以及110K温度下零电阻特性，美国通过计算机模拟理论上证明其可行性，俄罗斯复现室温抗磁样本。但8月8日中美最新研究声称LK-99不具备超导性，LK-99是否是室温常压超导仍未有定论。

室温常压超导材料已在突破临界点。据不完全统计，自1987年以来全球声称发现室温超导至少7次，尤其近5年有4次此类事件，频率更密集。今年除本次外，3月美国物理学会会议上也宣布发现了常温超导体，虽然这些实验都未得到证实，但随着实验数据和相关理论的积累，前沿科学家频繁“抢跑”造成的混乱意味着科学界预感目前正处于突破的临界点。我们预计，未来几年此类新闻将会不断激起人们一波又一波的热论，直至“室温常压超导”被实现。

如果室温常压超导材料量产，将引领社会变革

LK-99一旦被证实为室温常压超导材料，预计将快速实现量产。

首先，超导材料享受诸多政策红利，而且其主要材料磷、铅、铜等均属于常见材料，相对易得且便宜。其次，虽然LK-99是否具有超导特性仍有待证实，但是LK-99材料制备工艺相对简单，考虑其带来的变革性影响，一旦证实LK-99为室温常压超导材料，各国会向其倾斜大量的资金和科技力量，其制备过程等将会快速得到确定，工艺流程快速优化，从而快速实现量产。

如果室温常压超导材料量产，将被推广应用至各行各业，从而重构电气社会。

如果室温常压超导材料量产，将全方位推动各个领域的革新。其应用将不再受限于低温冷却设备及强大压强，将极大地节省超导材料的应用成本，无疑能够惊人地提升能源利用效率、能源传输的可靠性，提供更强大的磁场支持，并将广泛应用于能源、交通、信息、医疗等诸多领域。作为对比，传统超导材料受限于低温和压强，应用范围十分有限。据海通国际研报，目前包括以铌钛和铌锡为主的低温超导材料（4K/-269℃液氦温区），主要应用于医疗核磁共振、粒子加速器、对撞机等；铋系和钇钡铜氧为主的高温超导材料（77K/-196℃液氮温区），主要应用于超导线缆、可控核聚变、感应加热等。而超导的另一条路线“高压”同样对工作环境有极大要求。

室温常压超导材料一旦突破后量产，将重构通信行业

室温常压超导材料对通信行业的重构预计分为三个阶段。

根据室温常压超导的商业化进程以及通信行业本身需求、规模以及替代的难度，我们认为室温超导最先赋能前沿科技如量子计算等耗能极大的设备；然后会赋能终端、服务器、基站、传输等对节能和算力有较大需求的通信设备；最后会替代已有良好数据传输性质且大量使用的光纤而成为传输网络最常使用的材料。

1. 从通信设备生产来看，将推动传统通信设备更小、更稳定、更高效

超导材料能提供更高的电流密度和更低的电阻，将推动更小、更快、更节能的服务器、传输、基站、终端等通信设备的出现。芯片方面，超导材料可大幅降低芯片的功耗和热量产生，并提高性能，推动芯片制程、硬件架构等革新，如可用于芯片设计，有望实现5nm以下制程芯片商用；其抗磁性能将芯片间干扰降至最低，提升可靠性和稳定性。电池方面，超导材料可作为电极材料，提高电池的充放电效率及能量密度，实现电池小型化，并延长使用寿命；其良好的导热性和机械强度，可增强电池的散热和抗震能力，提高安全性。通信器件方面，使用超导材料制作的通信器件，可实现更高的性能和更低的能耗，如可用于滤波器，解决滤波器的尺寸和损耗的权衡问题，提升通信系统的抗干扰性和通信质量。同时，通信设备将更易于部署和维护，集成度和便携性也将大幅提升。

2. 从绿色低碳来看，将助力大规模削减用电量

有相关预测指出，到2025年，通信行业将消耗全球20%的电力，其中，占比较大的为数据中心和无线基站，超导材料可降低其热耗散。2021年全国数据中心耗电量达2166亿度，约占全国总耗电量的2.6%，据开源证券研究所统计，数据中心散热系统（非IT设备）用电约占数据中心总用电的40%，使用超导后，这部分用电可全部节约；IT设备中，超导可节省作用于电路板及芯片内部电路相关电阻的耗能，这部分估计占IT设备耗能的90%以上。此外，由于计算量越大散热越大，解决数据中心的散热问题，还能直接提升其计算性能。基站方面也可大大降低功耗，基站耗电的主要因素是各种元器件，如约50%的基站功耗来自功率放大器，通过使用由室温超导材料构成的器件、传输线、天线等，可以大大降低基站功耗。

3. 从信息处理效率来看，将大幅提升计算速率、传输带宽、网络延迟及安全等指标

在计算速率和安全方面，超导量子计算机可针对特定计算问题，与经典计算机相比具有很大优势；而室温常压超导可以降低量子计算机的散热和维持需求，改善量子位的稳定性和计算精度，提高量子计算机的计算速度和能力，将为量子计算机的研发和应用打开新的可能性。量子通信由于量子的不可测量性、不可克隆性，相较以微电子为基础的计算机通信技术更安全，而室温常压超导计算机的实现将极大助力量子通信的实现。在传输带宽和网络延迟方面，室温常压超导材料能提高通信网络的带宽和响应速度。和光纤相比，首先，超导材料具备抗衰减、高速等优势，在超导材料中信号几乎可以以光速传输，而光纤由于信号色散和光吸收等因素，传输速度为光速和折射率的比值；其次，室温超导的高速和低损耗特性使其能够同时高效传输大量信息，从而实现大容量数据通信。

4. 从通信需求来看，多行业的变革将给运营商带来更多的机会和挑战，快速形成新的商业闭环

室温超导材料的广泛应用将给通信行业带来更多市场空间，它将全面革新电力领域的输发电、储能、效率；将通过极大降低磁悬浮列车成本，从而引起交通方式的变革；将使医疗领域仪器的小型化等等，这将催生大量新型应用场景的快速落地，为通信行业带来更多市场空间。

新型应用场景也将对网络性能提出更多挑战，例如，磁悬浮列车时速可超600千米/小时，其多普勒效应相比目前的高铁将更加明显，对通信系统的干扰处理能力提出更高的要求；又如，若AR/VR设备不再受限于电池及发热问题而实现量产，将加速元宇宙的实现，虚拟世界与真实世界的无缝融合，将对网络容量、速率等均提出更高要求。

展望

目前，LK-99是否为室温超导材料依然存在很多争议，即便证实LK-99是超导材料，也可能存在延展性和可塑性差等缺点，影响其使用范围和效果。

但我们常常会高估未来两年的变化，而低估未来十年的变化，室温常压超导材料作为一项基础材料，一旦实现突破，还可能有非常多的想象空间，例如可控核聚变、强人工智能、探索太空等等，这其中的每一项都足以颠覆社会。我国是少数几个掌握低温超导材料和高温超导材料生产技术的国家之一，研究已达到或接近国际先进水平。在低温超导方面，我国已在八十年代实现商业化，在高温超导方面，我国已进入商业化落地阶段。