Искусственный интеллект ускорил поиск сверхпроводников при комнатной температуре

Международный коллектив исследователей разработал инновационный метод, сочетающий машинное обучение с передовыми квантовыми вычислениями, что позволяет значительно ускорить поиск практических сверхпроводников. Этот подход даёт возможность анализировать практически неограниченное количество комбинаций материалов и выделять наиболее перспективные кандидаты для сверхпроводимости.

Руководимая профессором Пяйви Тёрмя из Университета Аалто группа SuperC уже обнаружила два новых сверхпроводящих материала — YRu3B2 и LuRu3B2. По словам Тёрмя, внедрение нового метода способно существенно ускорить разработку сверхпроводников.

Сверхпроводники характеризуются нулевым электрическим сопротивлением благодаря квантовому эффекту, проявляющемуся при крайне низких температурах. Они необходимы для функционирования квантовых компьютеров, систем нейровизуализации, таких как МРТ, термоядерных реакторов и высокоскоростных магнитолевитационных поездов.

Тем не менее, поиск новых сверхпроводников остаётся чрезвычайно сложной задачей. Теоретически возможны почти бесконечные химические комбинации, но лишь малая часть из них обладает сверхпроводимостью. Кроме того, существующие сверхпроводники требуют дорогостоящих систем охлаждения до температур, близких к абсолютному нулю.

Глобальная научная общественность стремится к созданию сверхпроводника, способного функционировать при комнатной температуре. Профессор Тёрмя отмечает, что такие материалы способны кардинально изменить энергопотребление, особенно в вычислительной технике и дата-центрах, что позволит значительно снизить тепловой след в ИКТ-секторе.

Синергия машинного обучения и квантовой геометрии

Консорциум SuperC, основанный в 2023 году профессором Тёрмя и международной группой физиков, направлен на применение квантовой физики для решения проблем изменения климата. Это первая глобальная координированная инициатива, посвящённая поиску новых сверхпроводников, с целью обнаружить сверхпроводник при комнатной температуре к 2033 году.

Стратегия команды основана на сочетании квантовой геометрии с машинным обучением, что существенно сокращает объём поиска. Новые сверхпроводники YRu3B2 и LuRu3B2 демонстрируют сверхпроводимость благодаря образованию плоских электронных зон в структуре кагоме — геометрическом узоре, вдохновлённом традиционным японским плетением корзин.

Исследователи сначала применили алгоритмы машинного обучения для предварительного отбора перспективных элементных сочетаний. Затем детальные теоретические расчёты подтвердили вероятность сверхпроводимости у выбранных кандидатов. После этого учёные из Университета Райса, под руководством профессора Эмилии Моросан, синтезировали новые соединения, а лабораторные испытания подтвердили их сверхпроводящие свойства.

Результаты концептуального исследования опубликованы в журнале Physical Review Research 17 июня 2026 года.

Сложности в открытии новых сверхпроводников

Квантовая природа сверхпроводимости крайне сложна, что затрудняет быстрый поиск новых материалов. За десятилетия учёные идентифицировали более 7 000 сверхпроводников, однако большинство из них были обнаружены случайно. Теоретически предсказать их свойства удалось лишь для около 20 материалов из-за высокой вычислительной нагрузки.

Даже перспективные на бумаге материалы часто оказываются непрактичными из-за сложности производства или невозможности масштабирования. Традиционный отбор материалов требует огромных вычислительных ресурсов.

Метод SuperC меняет эту ситуацию, используя машинное обучение для предварительного исключения маловероятных кандидатов перед проведением сложных расчётов. По словам Тёрмя, такой подход позволит обрабатывать миллиарды материалов и значительно ускорит поиск сверхпроводников, приближая учёных к сверхпроводнику при комнатной температуре.

Исследования SuperC будут представлены на выставке «Designs for a Cooler Planet» в Университете Аалто с 1 сентября по 30 октября 2026 года в Большом Хельсинки, Финляндия.

Консорциум SuperC финансируется Фондом Кавли, Фондом Клауса Чиры, Кевином Уэллсом, а также фондами Джейн и Аатоса Эркко, Кила, Магнуса Эрнрута, Neste и Fortum.