押注AI与机器人，自动化探索超导体新材料

目前，全球已有数十种材料在超导性能上超越了最常见的超导体——铌钛合金（NbTi）。但在规模化制造和拉制成可用导线方面，没有任何竞争材料能与铌钛合金媲美。

两家初创公司认为，AI与机器人或许能帮助填补这一差距。

总部位于旧金山的Periodic Labs和马萨诸塞州剑桥市的Quantum Formatics，正在寻找能在高于10开尔文（-264°C）的温度下工作的材料——这正是铌钛合金的转变温度，低于该温度时，铌钛合金将失去全部电阻。

Quantum Formatics已筛选出数种新一代超导体候选材料。公司创始人杰森·吉布森表示，距离制造出可用于资质测试的原型导线，公司大约还需一年时间。

"我们的目标是实现10到20开尔文的工作温度，"吉布森说，"我们专注于具有优异机械性能、便于制造的中温超导体。这一路线意味着我们可以沿用标准的导线制造工艺。"

Periodic Labs联合创始人埃金·多古什·丘布克表示，该公司成立于2025年9月，已开发出一套基于X射线衍射（XRD）的技术。XRD是一种通过向材料照射X射线来绘制其原子结构图的方法。

丘布克介绍，Periodic Labs的XRD流程帮助公司研究超导体候选材料，并实现超导体发现过程的自动化。

Periodic Labs联合创始人埃金·多古什·丘布克表示，公司已率先研发出一套AI驱动的机械臂系统，每天可测试1000种超导体候选材料。

AI与机器人如何助力发现新型超导体

由于人工无法每天筛查数千张XRD图谱，公司正在开发机器学习算法，利用XRD和磁性测量来加速新型超导体的发现。

"我们建造了能够物理操控X射线衍射机的机器人，"丘布克说，"机械臂负责装载样品，完成测量后将数据发送给大语言模型。机器人取出旧样品、放入新样品，大语言模型随即分析所有X射线衍射图谱，判断实验是否成功——如果失败，则给出下一步建议。"

丘布克还指出，从零开始合成和制备新材料并不容易实现自动化。

"我们最大的瓶颈，是能否首次成功制备出这些不同的材料，"他说。丘布克此前曾担任谷歌DeepMind的研究科学家。

与此同时，据其他同样借助AI推进研究的团队透露，新型超导体的发现备受期待。

"如果我们足够幸运，能很快找到合适的材料，磁体技术可能会迅速实现突破，"Paivi Torma说。她是SuperC联盟的首席物理学家，该联盟由欧美多所大学组成，目标是在2033年前研制出首个室温超导体。

她表示，新型超导体可将数据中心和医院核磁共振成像设备的能效提升一个数量级。

"根据我能获取的最佳数据所做的估算，至少可提升10倍，但很容易达到100倍甚至1000倍的能效提升。"

据丘布克介绍，Periodic Labs目前每天进行100次实验，并正在开设第二个实验室以加快测试进度。

"实验量将提升至每天1000次，"丘布克说，"我认为这将是迄今为止吞吐量最高的超导研究。我们希望通过每天进行1000次高质量实验，来探索是否能发现真正令人振奋的超导体。"

Quantum Formatics则采用其自研的专有AI加速超导体发现算法——"The System"。公司已在《自然·计算材料》期刊上发表三篇论文，介绍该自动化发现系统的工作原理。

"我们意识到，超导体发现的研究现状与其实际器件应用之间存在关键差距，"吉布森说，"已有数十种超导体被发现，其超导性能远超铌钛合金，但由于制造工艺的挑战，几乎所有材料都未能大规模进入市场。"

吉布森强调了延展性的重要性——即材料被重新塑形的能力，在Quantum Formatics的应用场景中，这意味着能将材料制成足够柔韧的导线，以便绕制成超导磁体。

哪些技术领域将受益于新型超导体的发现

作为参照，稀土钡铜氧化物（REBCO）是一种常用超导体，其转变温度超过液氮沸点77开尔文。对研究人员而言，能用价格低廉的液氮而非成本更高的液氢或液氦进行冷却，是极具吸引力的特性。

总部位于剑桥市的Commonwealth Fusion Systems公司，正在马萨诸塞州和弗吉尼亚州各建造一座实验性聚变反应堆，均采用REBCO超导带材。

然而，聚变反应堆中的超导磁体带材同样面临大量辐射，可能导致带材性能退化。

"辐射是一个极具挑战性的问题，"Commonwealth公司前首席技术官丹·布鲁纳说，"这是REBCO类超导体面临的挑战之一。它具有非常精细的晶体结构，正因为是晶体，所以质地脆，难以集成到工程系统中。"

Quantum Formatics正与Commonwealth Fusion、威斯康星州麦迪逊市的Rialta Fusion等公司展开合作。吉布森表示，超导磁体的成本占一座聚变反应堆30亿美元总造价的比例高达一半。

"我们真正想解决的REBCO挑战，是其辐射耐受性，"吉布森补充道，"它在辐射环境下的表现不佳，但它几乎是目前唯一能产生足够强磁场、支持紧凑型聚变装置的选择。"

丘布克表示，Periodic Labs也在探索商业应用场景，例如为数据中心提供超导输电方案。

"数据中心的用电需求日益增长，目前需要使用极粗的铜线将电力引入机架，"丘布克说，"如果有人能让超导带材配合液氮正常工作，这些带材将会更细、更小，同时能在无电阻损耗的情况下传输更多电力。"

丘布克表示，在可预见的未来，传统的试错法仍将是发现超导体的重要手段。

"从这个角度来看，思考超导体是如何被发现的，以及未来将如何被发现，是一件非常有趣的事。"

Q&A

Q1：Periodic Labs用什么方法来自动化发现超导体？

A：Periodic Labs开发了一套基于X射线衍射（XRD）技术的自动化系统，通过AI驱动的机械臂装载和取出样品，将测量数据发送给大语言模型进行分析，判断实验是否成功并决定下一步操作。目前该系统每天可进行100次实验，计划扩展至每天1000次，是该公司认为吞吐量最高的超导研究平台。

Q2：新型超导体能给数据中心带来什么好处？

A：新型超导体，尤其是能在液氮温度（77开尔文）下工作的超导带材，可替代数据中心目前使用的极粗铜线进行电力传输。超导带材体积更小、更细，且传输过程中无电阻损耗，能显著提升输电效率。据估计，新型超导体可将数据中心能效提升10倍乃至100倍以上。

Q3：铌钛合金作为超导体有什么缺点？为什么还要研发替代材料？

A：铌钛合金的转变温度仅为10开尔文，需要极低温环境维持超导状态，运行成本较高。尽管已有数十种超导性能更优的材料被发现，但铌钛合金在规模化制造和拉制成导线方面的优势使其难以被替代。新材料普遍面临延展性差、制造工艺复杂等问题，导致难以大规模商业化应用，这正是Periodic Labs和Quantum Formatics努力攻克的核心挑战。