之前的人工合成超导材料成本太高、产量低,但已经在多个领域进行了试点。
譬如,无损耗输电示范、磁悬浮试验轨道、超导量子干涉仪、超导处理器芯片等等,这些试点项目累计的数据和经验,为天然超导材料规模化应用铺平了道路。
眼下小本子横宾区的工业精炼厂正在如火如荼的推进,预计明年一季度左右,第一批从“蒙特摩洛斯-B1”陨石中提炼出来的天然室温超导材料就可以运回国内。
关于天然室温超导材料的最新成分分析报告显示,这些天然材料的超导临界温度达到了310开尔文,大约37摄氏度,即常温常压下可实现零电阻导电。
纯度高达99.99%,是人工合成超导材料的三倍,临界磁场强度提高了5倍。
成本远远低于人工合成,毕竟大自然的馈赠,而性能指标全面超越。
这意味着,以前只能在实验室里昂贵运行的技术,随着天然室温超导材料的出现,可以铺到大街小巷、接入千家万户。
……
时间来到11月下旬。
陆安代表元界智控赴京参加了一场战略会议,与会者还有国家能源局、工信部、科技部以及各大央企。
会议的主题只有一个,便是将室温超导技术全面落地应用,推动国家的产业体系从“电气时代”跃迁到“超导时代”。
此时此刻,主持会议的领导缓缓说道:“过去的十年来,我国一直在为这一天做准备,现在材料有了,技术有了,产能也马上有了,剩下的就是铺开。”
会议室的主屏幕,随即投放出一张战略图,上面标注着诸多核心工程。
第一,全国超导输电骨干网络。
目标是将全国主要城市与工业中心的输电线路改造为超导电缆,将输电损耗从目前的8%降低至接近零。这意味着,每年可节约上万亿度电,相当于减少上亿吨碳排放。
第二,超导磁悬浮交通网络。
目标是建成连接内地多个城市群的超导磁悬浮干线,列车时速可达六百公里以上,京沪之间的旅行时间将缩短到两小时以内。
第三,超导医疗设备升级。
利用天然超导材料制造高性能、低成本的核磁共振成像设备,将单台设备的价格从数千万元降至数百万元,使基层医院也能轻松负担得起。
第四,超导处理器芯片;第五,超导量子计算产业化;第六、第七、第八……
每一项工程对应着一个巨大的产业集群,该战略计划一旦完成,东方大国便从此正式进入全面的“超导时代”。
本次战略会议确认了东方的产业超导化升级工程,并且拟定了第一批“超导技术产业化示范项目”的清单。
清单上一共列了24个项目,涵盖了从输电、交通、医疗、制造、通信等十几个领域。
每个项目都指定了牵头企业,元界智控拿到了清单上的两个编号。
项目七的“超导处理器芯片研发与产业化”,以及项目八的“超导量子计算工程化应用”。
……
三天后,嘉宁市。
陆安来到元界智控总部,召管理层和技术人员开会。
此刻,他在会上展示了这份清单,屏幕上显示着其中两个项目的框架图。
与会的陆安直接进入正题:“超导处理器芯片和超导量子计算,国家交给了元界智控来做,这两项是这24个项目中,技术含量最高、难度最大但潜在影响也最深远的。”
其他诸如输电、交通等,属于“量”的改进。
而元界智控要做这两个项目,可以说是“质”的飞跃。
陆安停顿了一下,环视众人。
“传统的计算技术从电子管到晶体管,从集成电路到大规模集成电路,已经发展了近百年。”
“摩尔定律在五年前就失效了,硅基芯片的发热和能耗问题已经成为物理极限。”
“我们不可能在硅基芯片上再取得十倍、百倍的性能提升,但超导芯片不一样。”
说到这里,陆安调出一张对比图,左边的柱子上标注着“硅基芯片”,右边的柱子上标注着“超导芯片”,右边的柱子比左边高出两个量级。
“能耗降低三个数量级,速度提升一个数量级。”
元界智控超导事业部的负责人接过话题:“超导处理器芯片的核心不是传统的半导体,而是约瑟夫森结。两个超导体中间夹一层极薄的绝缘层,当电流通过时,会表现出量子隧穿效应。”
“这种效应的开关速度极快,而且几乎没有能耗,因为超导体的电阻为零。”
“相比之下,传统的硅基芯片依靠电子的运动来代表0和1。电子在运动中会与晶格碰撞而产生热量。”
“芯片越密集,发热就越严重。”
“这就是为什么顶级CPU需要液冷,甚至浸没式冷却。”
“而超导芯片的发热几乎为零,可以在极高频率下稳定运行,不需要复杂的散热方案。”
会议室里的每个人都清楚这组对比的分量。
“这两个项目就同时推进落地吧。”陆安把话题拉回来:“超导处理器芯片归秦凌直接负责,超导量子计算归量子实验室的赵文翰负责。”
散会后,秦凌和赵文翰并肩走出会议室。
赵文翰是量子计算领域的顶尖专家,他推了推眼镜对秦凌说:“芯片和量子,这两条线其实是互补的。超导处理器芯片负责经典计算,超导量子计算机负责量子计算。两者结合,才是真正的超导计算生态。”
秦凌点了点头:“所以陆总安排同时推进,产品线不能独立。芯片要为量子计算机的控制系统服务,量子计算机的处理结果要通过芯片传输出去,两个团队需要同步。”
“没问题。”赵文翰笑了笑,“我今晚就让我们的人对接。”
早在十年前,元界智控就已经启动了超导处理器芯片的研发,项目组就在公司总部的超导实验室里,该项目由秦凌带队,核心成员五十多人,涵盖了超导材料、低温物理、集成电路设计、微纳加工等多个学科。
超导芯片的制造工艺与硅基芯片有相似之处,但核心工艺完全不同。
硅基芯片的核心是PN结,P型半导体和N型半导体接触形成的界面,而超导芯片的核心是约瑟夫森结,超导体-绝缘体-超导体的三层结构。
制造约瑟夫森结需要在真空环境中将超导材料以原子层精度沉积在衬底上,中间夹一层极薄的氧化铝或氧化镁作为绝缘层。
绝缘层的厚度决定了约瑟夫森结的性能,必须控制在两纳米以下,误差不超过零点一纳米。
数年前最早的第一批实验芯片的规格很简单,一个只包含一百个约瑟夫森结的简单逻辑电路,相当于上个世纪七十年代的芯片复杂程度。
但即使是这样简单的电路,测试结果也足够惊人。
在四开尔文的低温环境下,超导芯片的工作温度,芯片以一百吉赫兹的频率稳定运行,功耗只有同等等级硅基芯片的千分之一。
……