近日，据香港知名国际媒体《南华早报》消息称，中国领导的科学家团队发现了一种新的量子磁性材料，具有“超固态”特性，可以用于创造超低温环境，用于量子计算等高科技应用。
量子计算赛道
量子计算是一种利用量子力学原理来执行计算的技术，它有着远超传统计算机的潜力，可以解决一些目前无法解决的难题，如密码学、人工智能、材料科学等。
但要实现量子计算，需要创造一个极端的环境，即超低温，这是一种接近绝对零度的温度，让量子比特（qubit）保持稳定和可控。
然而，目前实现超低温的主要方法是使用液态氦作为制冷剂，这是一种稀缺和昂贵的资源，而且主要依赖于进口。在中美科技战的背景下，中国还面临着美国限制向其出口稀释制冷机的威胁，这是制造超低温环境的关键设备。
因此，寻找一种替代液态氦的制冷系统，对于中国加快发展量子技术，提高国家安全和竞争力，具有重要的意义。
近日，一项由中国科学家领导的国际研究团队，在《自然》杂志上发表了一篇论文，宣布他们发现了一种新的超固态材料，可以用来制造超低温环境，从而为高科技应用，如量子计算，提供可能。
这项研究不仅为解决氦气短缺的问题提供了一个方向，也为探索基础物理学的奥秘，打开了一扇新的窗口。
新材料的发现和特性
这个国际团队——由北京的中国科学院实验室的研究人员领导——开始寻找一种固态材料，能够通过改变其状态来实现大的能量变化，从而达到制冷的效果。
经过多年的实验，他们发现了一种基于钴的量子磁性材料，它是一种“超固态”材料，意味着它有着固态的结构，但也表现出流体的特性。
超固态是一种既具有固体的刚性，又具有超流体的无粘性的物质状态，它是一种非常罕见和神秘的现象，半个世纪以来，物理学家一直在寻找它的存在。
超固态的形成，需要在极低的温度下，让原子之间的相互作用达到一种平衡，使得原子既能保持有序的排列，又能自由地流动。
科学家们说，他们还观察到这种材料冷却到低于1开尔文的温度，有可能用来实现超低温。物理学中最低可能的温度是零下273摄氏度，或0开尔文（零下459华氏度），根据热力学第三定律。
物理学家将超低温定义为在0到4.2开尔文之间，这是发展尖端技术，包括量子计算，所需的范围。
“这确实是一个新兴的前沿领域，”中国科学院凝聚态物理国家实验室的某位教授说，他是该研究的共同通讯作者之一。
他说，科学家们只是在近年来看到了使用固态来实现超低温的潜力，而这项研究只有少数科学家在世界各地进行。
新材料的应用和影响
这项研究对中国来说意义重大，因为中国目前依赖从包括美国在内的国家进口氦气，作为制冷剂。而在中美科技战的背景下，中国还面临着美国限制向其出口稀释制冷机的威胁，这是制造超低温环境的关键设备。
氦气的短缺，尤其是氦-3的短缺，是中国在加快发展量子技术的过程中面临的挑战。2022年，中国94%的氦气是进口的，其中大部分来自卡塔尔，其次是美国和澳大利亚。
根据孙教授的说法，中国“根本没有氦-3，几乎总是依赖俄罗斯和美国”来获取这种同位素。
而在中美科技战的背景下，中国从海外获得稀释制冷机的难度也越来越大，孙教授说，这已经“严重阻碍了中国量子技术的发展”。
北京已经将支持中国生产这种关键技术作为国家优先事项，并已经投入了大量资金。2023年10月，量子计算机公司Origin Quantum成为最新一家宣布生产稀释制冷机的中国公司，据官方《科技日报》报道。
孙教授说，该团队已经开发了一些设备来复制和应用他们的实验，在某些环境中，但他指出，要实现广泛的应用，还有很长的路要走，还有一些工程问题要克服。
如果这种新材料能够成功地用于制造超低温环境，那么它将为中国的量子技术发展带来巨大的优势，不仅可以降低成本和依赖，还可以提高效率和稳定性。
量子技术是一种具有颠覆性的技术，它可以改变信息处理、通信、安全、探测等领域的现状，对于国家的科技创新、经济发展、国际竞争力等都有重要的影响。
此外，这项研究也可能是进一步讨论和研究基础物理学的起点。
“半个世纪以来，人们一直认为超固态是存在的，现在我们有了一些证据，”孙教授说，“科学家们可能会受到启发，去寻找其他材料中的新证据，这最终可能推动物理学的进步。”
超固态是一种涉及量子力学、凝聚态物理、统计力学等多个领域的复杂现象，它对于理解物质的本质、探索宇宙的奥秘、发现新的物理规律等都有着重要的价值。
这项研究不仅为制冷技术提供了一个新的选择，也为物理学的探索打开了一扇新的窗口。