目前，全球已有數十種材料在超導性能上超越了最常見的超導體——鈮鈦合金
（NbTi）。但在規模化製造和拉製成可用導線方面，沒有任何競爭材料能與鈮鈦合金媲美。
兩家初創公司認為，AI與機器人或許能幫助填補這一差距。
總部位於舊金山的Periodic Labs和馬薩諸塞州劍橋市的Quantum Formatics，正在尋找能在高於10開爾文（-264°C）的溫度下工作的材料——這正是鈮鈦合金的轉變溫度，低於該溫度時，鈮鈦合金將失去全部電阻。
Quantum Formatics已篩選出數種新一代超導體候選材料。公司創始人傑森·吉布森表示，距離製造出可用於資質測試的原型導線，公司大約還需一年時間。
"我們的目標是實現10到20開爾文的工作溫度，"吉布森說，"我們專注於具有優異機械性能、便於製造的中溫超導體。這一路線意味著我們可以沿用標準的導線製造工藝。"
Periodic Labs聯合創始人埃金·多古什·丘布克表示，該公司成立於2025年9月，已開發出一套基於X射線衍射（XRD）的技術。XRD是一種通過向材料照射X射線來繪製其原子結構圖的方法。
丘布克介紹，Periodic Labs的XRD流程幫助公司研究超導體候選材料，並實現超導體發現過程的自動化。
Periodic Labs聯合創始人埃金·多古什·丘布克表示，公司已率先研發出一套AI驅動的機械臂系統，每天可測試1000種超導體候選材料。
AI與機器人如何助力發現新型超導體
由於人工無法每天篩查數千張XRD圖譜，公司正在開發機器學習算法，利用XRD和磁性測量來加速新型超導體的發現。
"我們建造了能夠物理操控X射線衍射機的機器人，"丘布克說，"機械臂負責裝載樣品，完成測量後將數據發送給大語言模型。機器人取出舊樣品、放入新樣品，大語言模型隨即分析所有X射線衍射圖譜，判斷實驗是否成功——如果失敗，則給出下一步建議。"
丘布克還指出，從零開始合成和製備新材料並不容易實現自動化。
"我們最大的瓶頸，是能否首次成功製備出這些不同的材料，"他說。丘布克此前曾擔任谷歌DeepMind的研究科學家。
與此同時，據其他同樣藉助AI推進研究的團隊透露，新型超導體的發現備受期待。
"如果我們足夠幸運，能很快找到合適的材料，磁體技術可能會迅速實現突破，"Paivi Torma說。她是SuperC聯盟的首席物理學家，該聯盟由歐美多所大學組成，目標是在2033年前研製出首個室溫超導體。
她表示，新型超導體可將數據中心和醫院核磁共振成像設備的能效提升一個數量級。
"根據我能獲取的最佳數據所做的估算，至少可提升10倍，但很容易達到100倍甚至1000倍的能效提升。"
據丘布克介紹，Periodic Labs目前每天進行100次實驗，並正在開設第二個實驗室以加快測試進度。
"實驗量將提升至每天1000次，"丘布克說，"我認為這將是迄今為止吞吐量最高的超導研究。我們希望通過每天進行1000次高質量實驗，來探索是否能發現真正令人振奮的超導體。"
Quantum Formatics則採用其自研的專有AI加速超導體發現算法——"The System"。公司已在《自然·計算材料》期刊上發表三篇論文，介紹該自動化發現系統的工作原理。
"我們意識到，超導體發現的研究現狀與其實際器件應用之間存在關鍵差距，"吉布森說，"已有數十種超導體被發現，其超導性能遠超鈮鈦合金，但由於製造工藝的挑戰，幾乎所有材料都未能大規模進入市場。"
吉布森強調了延展性的重要性——即材料被重新塑形的能力，在Quantum Formatics的應用場景中，這意味著能將材料製成足夠柔韌的導線，以便繞製成超導磁體。
哪些技術領域將受益於新型超導體的發現
作為參照，稀土鋇銅氧化物（REBCO）是一種常用超導體，其轉變溫度超過液氮沸點77開爾文。對研究人員而言，能用價格低廉的液氮而非成本更高的液氫或液氦進行冷卻，是極具吸引力的特性。
總部位於劍橋市的Commonwealth Fusion Systems公司，正在馬薩諸塞州和弗吉尼亞州各建造一座實驗性聚變反應堆，均採用REBCO超導帶材。
然而，聚變反應堆中的超導磁體帶材同樣面臨大量輻射，可能導致帶材性能退化。
"輻射是一個極具挑戰性的問題，"Commonwealth公司前首席技術官丹·布魯納說，"這是REBCO類超導體面臨的挑戰之一。它具有非常精細的晶體結構，正因為是晶體，所以質地脆，難以集成到工程系統中。"
Quantum Formatics正與Commonwealth Fusion、威斯康星州麥迪遜市的Rialta Fusion等公司展開合作。吉布森表示，超導磁體的成本占一座聚變反應堆30億美元總造價的比例高達一半。
"我們真正想解決的REBCO挑戰，是其輻射耐受性，"吉布森補充道，"它在輻射環境下的表現不佳，但它幾乎是目前唯一能產生足夠強磁場、支持緊湊型聚變裝置的選擇。"
丘布克表示，Periodic Labs也在探索商業應用場景，例如為數據中心提供超導輸電方案。
"數據中心的用電需求日益增長，目前需要使用極粗的銅線將電力引入機架，"丘布克說，"如果有人能讓超導帶材配合液氮正常工作，這些帶材將會更細、更小，同時能在無電阻損耗的情況下傳輸更多電力。"
丘布克表示，在可預見的未來，傳統的試錯法仍將是發現超導體的重要手段。
"從這個角度來看，思考超導體是如何被發現的，以及未來將如何被發現，是一件非常有趣的事。"
Q&A
Q1：Periodic Labs用什麼方法來自動化發現超導體？
A：Periodic Labs開發了一套基於X射線衍射（XRD）技術的自動化系統，通過AI驅動的機械臂裝載和取出樣品，將測量數據發送給大語言模型進行分析，判斷實驗是否成功並決定下一步操作。目前該系統每天可進行100次實驗，計劃擴展至每天1000次，是該公司認為吞吐量最高的超導研究平台。
Q2：新型超導體能給數據中心帶來什麼好處？
A：新型超導體，尤其是能在液氮溫度（77開爾文）下工作的超導帶材，可替代數據中心目前使用的極粗銅線進行電力傳輸。超導帶材體積更小、更細，且傳輸過程中無電阻損耗，能顯著提升輸電效率。據估計，新型超導體可將數據中心能效提升10倍乃至100倍以上。
Q3：鈮鈦合金作為超導體有什麼缺點？為什麼還要研發替代材料？
A：鈮鈦合金的轉變溫度僅為10開爾文，需要極低溫環境維持超導狀態，運行成本較高。儘管已有數十種超導性能更優的材料被發現，但鈮鈦合金在規模化製造和拉製成導線方面的優勢使其難以被替代。新材料普遍面臨延展性差、製造工藝複雜等問題，導致難以大規模商業化應用，這正是Periodic Labs和Quantum Formatics努力攻克的核心挑戰。
