Пригответе се за ерата на свръхпроводника (може би)

Искате летящ скейтборд? Вашият личен домашен термоядрен реактор? Носен MRI скенер, който можете да закупите онлайн? Ако наистина е открит свръхпроводящ материал при стайна температура и околно налягане, това е само върхът на технологичния айсберг.

Наскоро интернет гъмжи от новината, че нов свръхпроводящ материал, наречен ЛК-99който запазва свойствата си при стайна температура и атмосферно налягане на околната среда, може да е разработен от екип от изследователи в Корейския университет.

Тъй като в миналото е имало фалшиви аларми за този вид открития, съобщението беше посрещнато с широко разпространен скептицизъм и към днешна дата никой не е успял да повтори изследването. Като се има предвид това, ами ако е вярно? Какви биха били последиците от такъв материал? Оказва се, че говорим за фундаментална технологична революция от мащаба на изобретението на транзистора или динамото.

Какво е свръхпроводник?

Свръхпроводникът е материал, който придобива някои наистина екзотични свойства. Когато се достигнат подходящите условия, цялото електрическо съпротивление в материала внезапно изчезва и той генерира магнитно поле. Това означава, че може да пренася електрически ток с невероятна ефективност и почти без загуба на енергия чрез топлина. Освен това може да генерира мощни магнитни полета.

Практическите приложения на свръхпроводниците са известни от десетилетия, но те са възпрепятствани, тъй като повечето свръхпроводящи материали трябва да бъдат охладени с течен хелий до почти абсолютна нула. Излишно е да казвам, че поддържането на тези криогенни температури изисква много много сложни, скъпи, обемисти и трудни за управление механизми.

Това е причината, поради която MRI скенерите, които използват свръхпроводящи магнити, са толкова масивни и защо сметката за MRI сканиране може да накара очите ви да изчезнат от главата ви като герой от анимационен филм на Текс Ейвъри.

Това е и причината експерименталните термоядрени реактори да са гигантски и защо пилотните проекти, като този през 2021 г., когато Commonwealth Edison използва свръхпроводници за електропроводи в северната част на Чикаго, бяха изоставени, въпреки че показаха няколко порядъка на подобрения.

Това важи дори за по-напредналите свръхпроводници, които работят при температурата на течния азот. Що се отнася до малкото свръхпроводници със стайна температура, те свръхпроводят само при налягане от 1,67 милиона атмосфери. Едва ли практично.

Но какво да кажем за LK-99? Ако това наистина е свръхпроводник със стайна температура и околно налягане, това ще освободи технологията и ще я направи наистина практична за умопомрачителен брой приложения.

Съхранение на енергия, термоядрена енергия, плаващи сгради и следващата компютърна революция

Най-очевидното нещо е, че това ще революционизира производството и преноса на електроенергия. Електропроводи с нулево съпротивление биха пренесли 200 пъти повече ток от меден проводник, но без топлина или загуби, на по-големи разстояния при много по-ниски разходи.

В допълнение към това, ако свръхпроводникът се направи в контур и през него премине заряд, този заряд ще се движи в този контур за неопределено време без загуба. Това означава, че можете да използвате свръхпроводника, за да съхранявате енергия за по-късна употреба, което би било от полза за слънчевата и вятърната енергийна индустрия, които страдат от това, че са периодични източници на енергия и се нуждаят от практичен и икономичен начин за съхраняване на енергия, когато вятърът не духа и слънцето не грее. Това също би означавало батерии, които са по-леки, зареждат се по-бързо и имат по-висока енергийна плътност.

Магнитните полета, произведени от такъв свръхпроводник, притежават потенциала термоядрените реактори да се свият с порядъци. Може да не вземете такива, които захранват колата ви или осветяват дома ви, но те биха били достатъчно малки и достатъчно евтини, за да бъдат обикновени и дори преносими. По-важното е, че недостигът на енергия и притесненията относно въглеродните емисии ще останат в миналото, тъй като човечеството се радва на чиста, неограничена енергия.

Свръхпроводниците ще изведат магнитната левитация на съвсем ново ниво. Влаковете Maglev ще станат много по-бързи, по-ефективни, много по-евтини за изграждане и по-често срещани. Технологията също ще се процеди надолу, докато не видим трамваи, носещи се по пътя, може би дори коли или ховърбордове – дори сгради, които биха могли да използват такава левитираща технология, за да поддържат и активно поддържат структури, без да е необходимо допълнително захранване за това, след като бъдат заредени.

След това има системи за задвижване. С по-леки, по-мощни батерии и по-ефективни и по-мощни електрически двигатели, изцяло електрическите самолети и други въздушни превозни средства могат да бъдат по-големи, по-бързи и да имат по-дълъг обхват. Можете дори да видите плавателни съдове с магнитохидродинамични струи, които да ги задвижват бързо и безшумно.

Компютрите също биха имали потенциала да бъдат променени до неузнаваемост. Процесорите могат да бъдат изградени без необходимост от охладителни системи или утечки на ток, което ги прави по-бързи и по-ефективни. Освен това квантовият компютър може да влезе в сила, тъй като кубитите, които са еквивалентът на квантовите изчисления на транзисторите, няма да се нуждаят от криогенни поддържащи системи. Голям брой кубити могат да бъдат инсталирани близо един до друг и свързани чрез супербързи цифрови връзки. С един скок квантовите компютри могат да изскочат от лабораторията и да се превърнат в отговора на 21-ви век на компютъра.

Свръхпроводниците могат да доведат до сензорни системи, които са толкова чувствителни, колкото техните криогенни версии, дори на квантово ниво, но могат да бъдат много по-малки. Представете си скенери за ядрено-магнитен резонанс и подобни устройства, които могат да се носят от пациенти, или модерни системи за изображения, които са толкова лесни за използване, колкото камерите на телефона. Или космически телескопи, чувствителни като Джеймс Уеб, но с малка част от размера и способни да се произвеждат масово.

Несънувани възможности

Най-революционните приложения обаче ще бъдат тези, които все още не са били измислени. До 80-те години на миналия век компютрите бяха толкова големи, скъпи и трудни за достъп до тях, че се нуждаехте от докторска степен по булева логика, за да отделите време за един. Това означаваше, че дори водещите компютърни учени имаха много малко практически опит с машините и много малко истинско разбиране за това какво правят или могат да правят. В резултат на това те едновременно надценяват и подценяват компютрите.

След това дойде силициевият чип и компютрите се свиха като банковата ми сметка по време на данъците. Компютрите отидоха от лабораторията в офиса и след това в дома. Милиони хора ги използваха всеки ден и имаха шанса просто да играят с тях. Много скоро всички от софтуерните инженери до учениците разбират компютрите не като машини за обработка на числа, а като процесори за данни и че те не са механични оракули, а много полезни, макар и разочароващи идиоти. Междувременно компютрите се развиха от отделни машини до компоненти, прониквайки дълбоко в нашата технология и ежедневния ни живот.

След това компютърната революция избухна, давайки ни нарастваща каскада от цифрови постижения, включително интернет, виртуални библиотеки, съдържащи повече знания от всичко в човешката история, ChatGPT, смартфон, социални медии и мемове за котки.

Същото може да се окаже вярно и за свръхпроводниците със стайна температура, тъй като те променят живота ни и стават толкова голяма част от него, че вече не ги забелязваме. Но, както се казва в готварската книга, първо хванете заека. Все още не знаем дали LK-99 работи, практичен ли е за производство или дали е най-новият в дълга поредица от мъчителни задънени улици.

Все пак не боли да мечтаеш.