重大突破！我国首次成功构建超越经典计算机的量子模拟器，潘建伟院士：这一成果推进了对费米子哈伯德模型的理解【附超导技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

7月11日，据央视新闻报道，经过十多年科研攻关，中国科学技术大学潘建伟院士团队成功构建了求解费米子哈伯德模型的超冷原子量子模拟器，以超越经典计算机的模拟能力首次验证了该体系中的反铁磁相变，朝向获得该模型低温相图、理解高温超导机理迈出了重要的第一步，也全新打开了构建专用量子模拟机的大门。相关研究成果于7月10日在国际学术期刊《自然》发表。

费米子哈伯德模型是晶格中电子运动规律的最简化模型，被认为是有希望解释高温超导机理这一困扰物理学界近四十年难题的核心物理模型。一旦理解其物理机制，就能够规模化地设计、生产和应用新型的高温超导材料，在电力传输、医学、超算等领域产生变革性影响。

中国科学技术大学潘建伟院士介绍，量子计算为求解若干经典计算机难以胜任的计算难题提供了全新的方案。国际学术界为量子计算的发展设定了三个阶段：一是对特定问题的计算能力超越经典超级计算机，实现“量子计算优越性”。随着美国谷歌公司“悬铃木”以及中国科大“九章”系列、“祖冲之号”系列量子计算原型机的实现，这一阶段的目标已达到；二是实现专用量子模拟机以求解诸如费米子哈伯德模型这一类重要科学问题，这是当前的主要研究目标；三是在量子纠错的辅助下实现通用容错量子计算机。

研究团队经过多年研究攻关，实现了多项技术突破，创造性地将盒型光势阱和平顶光晶格技术相结合，实现了空间均匀的费米子哈伯德体系的绝热制备。该体系包含大约80万个格点，比目前主流实验的几十个格点规模提高了约4个数量级，直接观察到了反铁磁相变的确凿证据，从而首次验证了费米子哈伯德模型包括掺杂条件下的反铁磁相变。

图源：量子模拟器

技术价值观察

中国科学技术大学陈宇翱教授介绍，反铁磁相变指的是当系统温度降低到某一临界温度以下时，材料突然从顺磁性状态（材料中电子的自旋方向无序排列）转变为电子自旋有序排列反铁磁状态。构建量子模拟器验证包括掺杂条件下的反铁磁相变，是实现能够求解费米子哈伯德模型的专用量子模拟机的第一步，也是获得该模型低温相图的重要基础。

这一科研成果推进了对费米子哈伯德模型的理解，为进一步求解该模型、获取其低温相图奠定了基础，也首次展现了量子模拟在解决经典计算机无法胜任的重要科学问题上的巨大优势。《自然》杂志审稿人对该工作给予了高度评价，称该工作“有望成为现代科技的里程碑和重大突破”；“标志着该领域向前迈出了重要的一步”。

超导材料根据临界转变温度的不同可以划分为低温超导材料和高温超导体材料。

整体来看，超导材料产业链上游为矿资源，如钇、钡、铋、锶、硼等金属;中游是超导材料，如YBCO、BSCCO和MgB2等;下游是超导应用产品，如超导电缆、超导限流器、超导滤波、超导储能以及超导发电机等。

宏观市场观察

超导电力应用为重点方向

超导全称超导电性，是指在一定条件下电阻等于零，电流可在其间无损流动的现象，具备这种特性的材料被称为超导材料或超导体。超导材料是一项具有远大战略意义的高新技术，可以广泛用于电子通信、医疗设备、交通运输、电力能源等领域，其中超导技术在MRI、超导限流器、超导电缆等产品开发中均已成功应用。

从科技企业布局超导产品来看，超导电力应用是当前科技领域中一个备受关注的重要方向，吸引了许多企业投入研发和商业化，包括超导电缆、超导电机、超导变压器等。超导技术具有在电力输配电、储能等方面的潜在革命性应用。

注：以上排名不分先后，仅汇总行业内部分代表性科技企业。

超导材料、超导磁体为重点关注领域

从我国超导技术投融资热门赛道来看，截至2023年，超导材料投融资热度较高，包括高温超导材料和低温超导材料等;此外，超导磁体、超导电缆相关投融资事件数量占比也超过10%，反映了市场对超导技术在电力、能源等多个领域的广泛应用前景的信心。

超导材料以及超导电力应用成为投资布局热点

综合来看，高温超导材料当前技术成熟度低于低温超导材料，正处在产业化的发展阶段，未来具有广泛的应用潜力。超导技术在电力及能源的主要应用集中在超导电缆、超导变压器等产的技术研发和应用，当前在超导材料、低温工程等各方面均得到较大的突破。可再生能源的飞速发展无疑对未来电网的远距离输送容量、安全稳定性、电力质量、综合效率等提出了更高的和更为迫切的需求，而基于超导体的独有特性而发展起来的超导电力技术在提高电网安全稳定性和电能质量、提高大容量远距离输电能力、降低电网的损耗和减少电力设备用地等方面具有显著优势，因而超导技术在电力及能源领域的应用具有广阔的发展前景。

注：评估星级自一星至三星，星级越高，代表从该指标来看，技术投资潜力越大，☆代表半星。

中国超导技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，与超导关键技术强关联的城市集群主要集中在华南和西北地区，并且以广州、深圳和西安为重点发展区域，未来布局超导技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南、西北地区优先导入，其中可重点关注广东省广州市天河区、陕西省西安市雁塔区和未央区、广东省深圳市福田区和福建省厦门市海沧区所处超导的相关企业，以及该地方对于超导产业的发展投资环境、供给市场的潜力空间。

前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国超导行业发展前景与投资战略规划分析报告》

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