MIT研究揭示16000种量子材料真相

硬盘驱动器、电视屏幕、医疗设备里藏着量子材料的身影，这些听起来高大上的东西早就进了寻常百姓家。

但实验室里那些科学家手里玩的量子材料，绝大多数永远走不出实验室。花个五年十年研究一种材料，最后发现根本没法量产，这种事儿在材料科学界司空见惯。

MIT的研究团队最近干了件事儿，他们开发出一套评估系统，专门用来判断哪些量子材料有机会走向市场。

这套系统对超过16000种材料进行了全面筛查，结果发现量子性能越强的材料，成本越高，对环境破坏也越大。

MIT研究人员通过这个评估框架对超过16000种材料进行了分析，他们发现电子中心量子涨落最强的材料往往成本更高，环境破坏性也更大。

这个发现其实挺要命的，因为材料科学家们总是被那些量子特性最奇特的材料吸引，恨不得扑上去研究个十年八年。

博士生Mouyang Cheng和Artittaya Boonkird表示，研究人员往往不会考虑他们研究的材料的成本或环境影响，但这些因素可能让材料根本无法实现任何应用。

MIT核科学与工程系副教授Mingda Li指出，研究量子材料的人非常关注材料的性能和量子力学，出于某种原因，他们在基础材料研究期间对考虑成本和其他因素有天然的抵触，一些人甚至认为这些因素太"软"或与科学无关。

但Li认为，十年之内，人们会在开发的每个阶段都常规性地考虑成本和环境影响。

这套评估体系具体是怎么运作的？研究团队基于材料的元素构成，以及这些元素开采和加工的常见做法，对材料的价格和环境影响进行量化。

同时他们使用去年由同一团队创建的人工智能模型来量化材料的"量子性"水平，这个模型基于MIT物理学教授Liang Fu提出的"量子权重"概念。

Liang Fu表示，长期以来，如何量化材料的"量子性"一直不清楚，量子权重对此非常有用，基本上，材料的量子权重越高，它的量子性就越强。

研究人员筛选出200种环境可持续性较好的材料，并进一步将名单缩小到31种在量子功能和高潜在影响之间达到最佳平衡的候选材料。

这31种材料才是真正值得投入精力去研究的对象。反过来看，研究人员还发现，几种被广泛研究的材料表现出较高的环境影响评分，表明它们将难以可持续地规模化生产。

眼下半导体行业的人对MIT筛选出来的部分材料兴趣很大。MIT电气工程与计算机科学系教授Tomas Palacios表示，化学领域的合作者也认为这些材料极具研究价值，接下来他们将通过实验进一步探索这些低成本拓扑材料的性能。

说到应用前景，拓扑材料在太阳能领域的潜力让人眼前一亮。

Liang Fu补充说，传统太阳能电池的理论效率极限为34%，而许多拓扑材料的理论极限可达89%，它们还能在全电磁波段收集能量，甚至包括人体散发的热量。这些特性已经在实验室中得到验证，但始终受制于规模化难题。

当然这项研究也有局限性，论文中评估的许多拓扑材料从未被合成过，这限制了研究对环境和成本预测的准确性。不过研究团队已经在和企业合作，对论文中筛选出的一些有潜力的材料进行实验验证。

量子材料商业化这条路确实不好走。根据2025年MIT量子指数报告，尽管量子领域的工作岗位需求自2018年以来在美国增长了三倍，风险投资也为该领域带来了数十亿美元，但量子计算的大规模商业应用仍然"遥遥无期"。

报告发现，尽管量子处理单元在性能上取得了令人印象深刻的进展，但它们仍远未满足运行大规模商业应用（如化学模拟或密码分析）的要求。

不过也不是所有量子材料都没戏。一些量子材料已经成为我们电脑硬盘、电视屏幕和医疗设备中无处不在的一部分。

巨磁阻效应的发现让硬盘和磁存储技术发生了革命性变化，这就是量子材料成功商业化的典型案例。

MIT这套评估系统给材料科学界提了个醒，别光盯着量子性能最炫酷的材料，得想想能不能真正走向市场。

31种平衡了量子功能和可持续性的候选材料，给未来微电子、能量收集、医疗诊断等领域指明了方向。材料研究需要脚踏实地，既要仰望星空，也要低头看路。