硬盤驅(qū)動器、電視屏幕、醫(yī)療設(shè)備里藏著量子材料的身影，這些聽起來高大上的東西早就進(jìn)了尋常百姓家。

但實驗室里那些科學(xué)家手里玩的量子材料，絕大多數(shù)永遠(yuǎn)走不出實驗室?；▊€五年十年研究一種材料，最后發(fā)現(xiàn)根本沒法量產(chǎn)，這種事兒在材料科學(xué)界司空見慣。

MIT的研究團(tuán)隊最近干了件事兒，他們開發(fā)出一套評估系統(tǒng)，專門用來判斷哪些量子材料有機(jī)會走向市場。

這套系統(tǒng)對超過16000種材料進(jìn)行了全面篩查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)量子性能越強(qiáng)的材料，成本越高，對環(huán)境破壞也越大。

MIT研究人員通過這個評估框架對超過16000種材料進(jìn)行了分析，他們發(fā)現(xiàn)電子中心量子漲落最強(qiáng)的材料往往成本更高，環(huán)境破壞性也更大。

這個發(fā)現(xiàn)其實挺要命的，因為材料科學(xué)家們總是被那些量子特性最奇特的材料吸引，恨不得撲上去研究個十年八年。

博士生Mouyang Cheng和Artittaya Boonkird表示，研究人員往往不會考慮他們研究的材料的成本或環(huán)境影響，但這些因素可能讓材料根本無法實現(xiàn)任何應(yīng)用。

MIT核科學(xué)與工程系副教授Mingda Li指出，研究量子材料的人非常關(guān)注材料的性能和量子力學(xué)，出于某種原因，他們在基礎(chǔ)材料研究期間對考慮成本和其他因素有天然的抵觸，一些人甚至認(rèn)為這些因素太"軟"或與科學(xué)無關(guān)。

但Li認(rèn)為，十年之內(nèi)，人們會在開發(fā)的每個階段都常規(guī)性地考慮成本和環(huán)境影響。

這套評估體系具體是怎么運(yùn)作的？研究團(tuán)隊基于材料的元素構(gòu)成，以及這些元素開采和加工的常見做法，對材料的價格和環(huán)境影響進(jìn)行量化。

同時他們使用去年由同一團(tuán)隊創(chuàng)建的人工智能模型來量化材料的"量子性"水平，這個模型基于MIT物理學(xué)教授Liang Fu提出的"量子權(quán)重"概念。

Liang Fu表示，長期以來，如何量化材料的"量子性"一直不清楚，量子權(quán)重對此非常有用，基本上，材料的量子權(quán)重越高，它的量子性就越強(qiáng)。

研究人員篩選出200種環(huán)境可持續(xù)性較好的材料，并進(jìn)一步將名單縮小到31種在量子功能和高潛在影響之間達(dá)到最佳平衡的候選材料。

這31種材料才是真正值得投入精力去研究的對象。反過來看，研究人員還發(fā)現(xiàn)，幾種被廣泛研究的材料表現(xiàn)出較高的環(huán)境影響評分，表明它們將難以可持續(xù)地規(guī)模化生產(chǎn)。

眼下半導(dǎo)體行業(yè)的人對MIT篩選出來的部分材料興趣很大。MIT電氣工程與計算機(jī)科學(xué)系教授Tomas Palacios表示，化學(xué)領(lǐng)域的合作者也認(rèn)為這些材料極具研究價值，接下來他們將通過實驗進(jìn)一步探索這些低成本拓?fù)洳牧系男阅堋?/strong>

說到應(yīng)用前景，拓?fù)洳牧显谔柲茴I(lǐng)域的潛力讓人眼前一亮。

Liang Fu補(bǔ)充說，傳統(tǒng)太陽能電池的理論效率極限為34%，而許多拓?fù)洳牧系睦碚摌O限可達(dá)89%，它們還能在全電磁波段收集能量，甚至包括人體散發(fā)的熱量。這些特性已經(jīng)在實驗室中得到驗證，但始終受制于規(guī)模化難題。

當(dāng)然這項研究也有局限性，論文中評估的許多拓?fù)洳牧蠌奈幢缓铣蛇^，這限制了研究對環(huán)境和成本預(yù)測的準(zhǔn)確性。不過研究團(tuán)隊已經(jīng)在和企業(yè)合作，對論文中篩選出的一些有潛力的材料進(jìn)行實驗驗證。

量子材料商業(yè)化這條路確實不好走。根據(jù)2025年MIT量子指數(shù)報告，盡管量子領(lǐng)域的工作崗位需求自2018年以來在美國增長了三倍，風(fēng)險投資也為該領(lǐng)域帶來了數(shù)十億美元，但量子計算的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用仍然"遙遙無期"。

報告發(fā)現(xiàn)，盡管量子處理單元在性能上取得了令人印象深刻的進(jìn)展，但它們?nèi)赃h(yuǎn)未滿足運(yùn)行大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用（如化學(xué)模擬或密碼分析）的要求。

不過也不是所有量子材料都沒戲。一些量子材料已經(jīng)成為我們電腦硬盤、電視屏幕和醫(yī)療設(shè)備中無處不在的一部分。

巨磁阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)讓硬盤和磁存儲技術(shù)發(fā)生了革命性變化，這就是量子材料成功商業(yè)化的典型案例。

MIT這套評估系統(tǒng)給材料科學(xué)界提了個醒，別光盯著量子性能最炫酷的材料，得想想能不能真正走向市場。

31種平衡了量子功能和可持續(xù)性的候選材料，給未來微電子、能量收集、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域指明了方向。材料研究需要腳踏實地，既要仰望星空，也要低頭看路。