Ένα διεθνές επιστημονικό πρόγραμμα υπό την ηγεσία της καθηγήτριας Päivi Törmä του Πανεπιστημίου Aalto στη Φινλανδία κατάφερε να συνδυάσει τη μηχανική μάθηση με την κβαντική φυσική, δημιουργώντας μια επαναστατική μέθοδο για την ανακάλυψη νέων υπεραγωγών. Η ομάδα του προγράμματος SuperC ανακάλυψε ήδη δύο νέες ενώσεις που εμφανίζουν υπεραγωγιμότητα, αποδεικνύοντας ότι η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να επιταχύνει δραματικά μια αναζήτηση που μέχρι σήμερα στηριζόταν σε μεγάλο βαθμό στην τύχη.
\n\n
Τι είναι οι υπεραγωγοί και γιατί έχουν σημασία
\n\n
Οι υπεραγωγοί είναι υλικά που επιτρέπουν τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος χωρίς καμία ενεργειακή απώλεια, σε αντίθεση με τα συμβατικά αγώγιμα υλικά όπως ο χαλκός. Η ιδιότητά τους αυτή εκδηλώνεται ωστόσο μόνο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, όπου τα κβαντικά φαινόμενα κυριαρχούν. Παρά τον περιορισμό αυτό, οι υπεραγωγοί χρησιμοποιούνται ήδη σε κβαντικούς υπολογιστές, συστήματα νευροαπεικόνισης, αντιδραστήρες σύντηξης και τρένα μαγνητικής αιώρησης.
\n\n
Η εύρεση ενός υπεραγωγού που λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου αποτελεί το «Ιερό Δισκοπότηρο» της φυσικής συμπυκνωμένης ύλης. Ένα τέτοιο υλικό θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο παράγουμε, μεταφέρουμε και καταναλώνουμε ενέργεια.
\n\n
Το πρόβλημα: δισεκατομμύρια συνδυασμοί, ελάχιστες λύσεις
\n\n
Ο αριθμός των πιθανών συνδυασμών χημικών στοιχείων που μπορούν να σχηματίσουν νέα υλικά είναι σχεδόν απεριόριστος. Από αυτούς, μόνο ένα μικροσκοπικό κλάσμα αποδεικνύεται ότι εμφανίζει υπεραγωγιμότητα. Οι υπεραγωγοί που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα ανέρχονται σε περισσότερους από 7.000, αλλά η συντριπτική πλειονότητά τους εντοπίστηκε τυχαία, όπως εξηγεί η Törmä.
\n\n
«Με την παραδοσιακή προσέγγιση, η θεωρητική πρόβλεψη της βιωσιμότητας ενός υποψήφιου υλικού είναι τόσο απαιτητική υπολογιστικά που οι ερευνητές έχουν καταφέρει να ελέγξουν μόνο περίπου 20 από αυτά», σημειώνει η ίδια. Ακόμα και όταν ένα υλικό φαίνεται υποσχόμενο θεωρητικά, μπορεί να αποδειχθεί πρακτικά ακατάλληλο λόγω δυσκολιών στη σύνθεση ή στη μαζική παραγωγή του.
\n\n
Πώς η τεχνητή νοημοσύνη αλλάζει το παιχνίδι
\n\n
Η καινοτομία της ομάδας SuperC έγκειται σε μια υβριδική προσέγγιση δύο σταδίων. Στο πρώτο στάδιο, ένας αλγόριθμος μηχανικής μάθησης σαρώνει τεράστιους αριθμούς πιθανών συνδυασμών στοιχείων, εντοπίζοντας εκείνους που είναι πιθανότερο να εμφανίσουν υπεραγωγιμότητα. Στο δεύτερο στάδιο, οι υποψήφιες ενώσεις υποβάλλονται σε λεπτομερή κβαντική ανάλυση για να επιβεβαιωθεί η πρόβλεψη.
\n\n
Η μέθοδος αυτή βασίζεται στη γεωμετρία των κβαντικών ζωνών και συγκεκριμένα στη δημιουργία «επίπεδων ζωνών» (flat bands) σε μια δομή γνωστή ως πλέγμα kagome — ένα γεωμετρικό σχήμα εμπνευσμένο από την παραδοσιακή ιαπωνική τεχνική καλαθοπλεκτικής. Στις επίπεδες ζώνες, τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται συλλογικά με τρόπο που ευνοεί την υπεραγωγιμότητα.
\n\n
Δύο νέοι υπεραγωγοί επιβεβαιώθηκαν πειραματικά
\n\n
Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνική, οι ερευνητές εντόπισαν δύο νέες ενώσεις που ονομάζονται YRu3B2 και LuRu3B2. Αφού οι θεωρητικοί υπολογισμοί επιβεβαίωσαν ότι τα υλικά αυτά πληρούν τις προϋποθέσεις για υπεραγωγιμότητα, συνεργάτες στο Πανεπιστήμιο Rice των ΗΠΑ, υπό την καθηγήτρια Emilia Morosan, προχώρησαν στη σύνθεσή τους και επιβεβαίωσαν πειραματικά ότι πρόκειται όντως για υπεραγωγούς.
\n\n
Η απόδειξη της ιδέας δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Research.
\n\n
Το μέλλον της ανακάλυψης υπεραγωγών
\n\n
Το πρόγραμμα SuperC, που ιδρύθηκε το 2023, αποτελεί την πρώτη συντονισμένη παγκόσμια συνεργασία αφιερωμένη στην ανακάλυψη νέων υπεραγωγών, με φιλόδοξο στόχο την εύρεση ενός υπεραγωγού θερμοκρασίας δωματίου έως το 2033. Η Törmä τονίζει ότι η νέα προσέγγιση μπορεί να αυξήσει δραστικά τον αριθμό των υλικών που μπορούν να αξιολογηθούν.
\n\n
«Με τη μηχανική μάθηση, μπορεί να καταφέρουμε να αυξήσουμε τον αριθμό των υλικών που επεξεργαζόμαστε στα δισεκατομμύρια», αναφέρει χαρακτηριστικά. «Αυτό θα μας φέρει ένα κρίσιμο βήμα πιο κοντά στην εύρεση ενός υπεραγωγού θερμοκρασίας δωματίου.»
\n\n
Η έρευνα του SuperC θα παρουσιαστεί στην έκθεση «Designs for a Cooler Planet» του Πανεπιστημίου Aalto, από την 1η Σεπτεμβρίου έως τις 30 Οκτωβρίου 2026, στην ευρύτερη περιοχή του Ελσίνκι. Το πρόγραμμα χρηματοδοτείται από το Ίδρυμα Kavli, το Ίδρυμα Klaus Tschira Stiftung, τον Kevin Wells, το Ίδρυμα Jane and Aatos Erkko, το Ίδρυμα Keele, το Ίδρυμα Magnus Ehrnrooth, καθώς και από τις εταιρείες Neste και Fortum.