《环球时报》记者探访怀柔“极限挑战”实验室：国际首个综合极端条件实验室装置助力量子科技研究

来源：环球时报

【环球时报报道 记者 冷舒眉 梁睿】在什么情况下，信息处理和传输的能耗最低？在什么情况下，特定的材料可以实现超导？要解答这些问题，往往需要在极端条件下进行实验。这就是推动北京怀柔科学城的综合极端条件实验装置（SECUF）建设运行的原因。近期举行的2026中关村论坛年会上发布了《开放科学国际合作行动计划》，宣布面向全球开放共享十大重大科研基础设施，综合极端条件实验装置便是其中之一。近日《环球时报》记者探访综合极端条件实验装置，透过装置探寻物理世界的奥秘。

科研人员在综合极端条件实验装置核磁共振测量实验站工作。梁睿摄

“不可替代的平台”

综合极端条件实验装置是中国凝聚态物理领域的国家重大科技基础设施，由中国科学院物理研究所负责建设、运行与管理，也是全球首个集极低温、超高压、强磁场、超快光场于一体的协同集成极端条件装置。它被外界称为“全能实验室”或“极限挑战”实验室。今年1月，综合极端条件实验装置实现了35.6特斯拉全超导磁体（可用孔径35毫米），创造了全超导用户磁体新的世界纪录。

综合极端条件实验装置聚焦于研究物质科学中的凝聚态物理与材料科学重大前沿科学问题。中国科学院物理研究所副所长、研究员程金光对《环球时报》记者介绍说：“物质科学与日常生活息息相关，我们日常使用的手机和电脑芯片、信息存储器件等核心信息产品，其原理与应用都和物质科学紧密相连，我们的核心工作就是探究物质的微观结构与功能特性，揭示其背后的基本科学原理。”

程金光表示，信息处理与存储的本质是材料在不同物理状态间的切换，也就是大家熟知的‘0’和‘1’两种状态——对应材料的低阻态与高阻态。要实现信息的有效处理，首先要明确材料具备哪些状态，更要掌握调控状态的方法，通过电流、温度、磁场、压力等外界刺激让材料在不同状态间精准转换。

当前，人类正迈入第四次科技革命，物质科学的研究重心也全面转向量子科技相关领域。程金光说，大数据、人工智能的快速发展，对信息处理的速度和能耗提出了极致要求，数据中心的能源消耗持续攀升，低能耗信息处理与传输成为核心发展方向，而这一目标的实现必须依赖对量子物态的深入研究与精确调控。而量子效应的显现与调控，则离不开极端物理条件的支撑。

程金光说，“我们将极低温、超高压、强磁场、超快光场等极端条件集成融合，打造出国际首个综合极端条件实验装置，为量子物态的探索与调控提供了不可替代的实验平台，也为量子科技的底层突破筑牢了研究基础。”

更高效地拼图

与传统的大科学装置不同，综合极端条件实验装置并不是一个单独的装置，而是由多个不同的实验站组成的集成系统。据中国科学院物理研究所网站介绍，该装置在北京怀柔共拥有22个实验站，除2个支撑平台外，其余20个实验站全部对外开放。

综合极端条件实验装置核磁共振测量实验站实验装置 梁睿摄

“国内外已经有很多先进的极端条件实验装置，比如美国、日本都建有强磁场装置，国内有位于武汉的脉冲强磁场装置、位于合肥的稳态强磁场装置，但它们大多以强磁场为特色，把磁场强度做到极端。我们这套装置最大的不同，就是走‘综合极端’路线，把极低温、超高压、强磁场、超快光场等各种关键极端条件整合到一起”，程金光对《环球时报》记者说道。

这种整合不是简单地拼在一起，而是让大部分实验站都能同时实现2—3 种极端条件联用。除了极端条件的联合，装置还实现了测量手段的整合。“我们把力、热、光、电、磁等各种精密测量手段也全部集成进来，在极端环境下照样能实时测量材料性能，比如导电特性、光学响应等。简单说，我们实现了极端条件和测量手段的双重集成。”程金光说。

双重集成带来的好处是明显的。“当前科研竞争激烈，抢占科技制高点特别看重速度。如果还是像以前一样，在一个地方测完，再跑到另一个地方测，不仅耗时久，还容易重复研究、错失先机。”程金光说，“在我们这里，一旦有新发现、新材料出现，多个实验站可以同步开展测试、协同攻关，像拼拼图一样快速补齐数据，大大提升科研效率。”

从“不确定”到“难以复制”

运行以来，综合极端条件实验装置一直面向国际合作。据介绍，自2022年试运行以来，已有来自德国、法国、英国、瑞士、日本、新加坡等11个国家的16家科研机构在该装置上完成实验。截至目前，装置已开放50万小时用户机时，其中国际科研人员使用占比约3%—4%，团队正在力争2030年将这一比例提升至20%。

中国科学院物理研究所研究员、综合极端条件实验装置核磁共振测量实验站负责人周睿表示，开拓国际用户，除了需要过硬的实力之外，还需要用踏实的工作和扎实的结果赢得国际用户的信任。

“海外团队不远万里来到这里，通常只有两到三周实验时间。他们必须确信：我们的装置可靠、团队专业，且彼此秉持相同的科学价值观。”周睿告诉《环球时报》记者。

“不少科研人员刚来的时候对装置心存疑虑，但共同工作一段时间后，他们会发现，我们提供的实验条件在别处难以复制”，周睿自信地说道，“事实胜于雄辩。越来越多国际科研团队来中国使用我们的装置，因为我们已形成独特优势，走在全球前列。”