稀土分离最难的一步，美国公司想用量子计算和机器人实验室来解决

对于稀土行业来说，真正难的不只是勘探和开采。

矿石经过选矿和初步处理后，得到的通常是多种稀土元素共存的混合物。必须经过繁琐精密的化学分离，才能产出高纯度的钕、镨、镝、铽等单一稀土氧化物。

由于镧系元素的化学性质和离子半径非常接近，工业上往往需要经过大量重复萃取，才能把它们逐个分开。这也让分离成为稀土供应链中技术和资本门槛最高的环节之一。

近日，美国稀土及永磁材料公司 USA Rare Earth 宣布，与法国量子计算公司 Pasqal 和工业 AI 公司 Riven Systems 建立合作，称将用量子机器学习和自动化实验室寻找新的稀土萃取分子。三家公司希望通过这种方式提高不同稀土元素之间的分离选择性，减少分离步骤、设备数量和能耗。

这项合作目前仍处于研发阶段，但它想要改变的，是稀土分离长期依赖大量实验和经验筛选的工艺开发方式。

先让机器人做上千次实验

稀土分离技术迭代的核心，在于找到能更精准结合某一种特定稀土离子的有机萃取剂。

目前工业上应用最广的稀土分离方式之一是溶剂萃取。研究人员会加入特定的有机萃取剂，让这些分子与稀土离子结合，再利用它们对不同稀土元素亲和力的细微差别，把混合物一点点拆开。

理想的萃取剂应该明显偏好某一种稀土元素，而尽量少结合其他相邻元素。选择性越高，后续需要重复进行的萃取和反萃步骤就越少，整个工艺也可能随之缩短。

问题是，要从庞大的化学空间里找到这样的分子并不简单。过去，研究人员通常需要先设计候选分子，再在不同酸度、浓度和温度条件下反复实验，比较它们的表现。由于不同稀土元素之间的性质差别很小，这种研发方式往往需要大量试错。

这一次，Riven Systems 宣称将使用自己的“自驱动矿物分离实验室”，进行数千次自动化实验。机器人系统负责完成不同条件下的分离实验并积累化学数据，这些实验结果随后会被用于训练机器学习模型，让模型学习分子结构、实验条件与分离选择性之间的关系。

这和近几年越来越常见的自主实验室思路类似：模型提出候选方案，自动化设备执行实验，新产生的数据再返回模型继续训练。不同的是，这一次它面对的不是蛋白质、药物分子，而是一项已经存在数十年的重工业化学工艺。

量子计算到底做什么？

在三家公司的分工中，关注度最高的是法国量子计算公司 Pasqal 的参与。

Pasqal 是一家法国量子计算公司，主要技术路线是中性原子量子计算，即利用激光捕获和操纵单个原子，把它们作为量子比特进行计算。这次项目中，Pasqal 表示会使用自己的中性原子量子处理器，在 Riven 产生的实验数据上测试量子机器学习方法。

图｜Pasqal 的中性原子量子计算系统（来源：Pasqal）

不过，目前并没有证据表明量子机器学习已经比传统机器学习更适合寻找稀土萃取剂。按照三家公司公布的方案，Pasqal 当前首先要做的，是把量子机器学习模型和运行在经典计算机上的模型进行 benchmark，直接比较两者在同一问题上的表现。

因此，这个项目现阶段更接近一次真实工业问题上的量子机器学习验证。研究人员希望观察，在描述分子结构、实验条件和化学相互作用之间复杂关系时，量子模型是否能够发现经典模型不容易捕捉到的规律。

如果量子方法没有明显优势，经典机器学习仍然可以继续承担筛选任务；如果量子模型能够给出更好的候选分子，这些结果再进入真实实验。这一点也很重要：三家公司目前并还没有宣称“量子计算解决了稀土分离”，而是在把量子机器学习放进一个具体的工业问题里，与成熟的经典方法直接比较。

从模型一路做到真实稀土原料

按照三家公司的规划，这套系统未来会形成一条完整的候选分子发现流程。

首先由机器学习模型从大量分子中筛出更有潜力的萃取剂，随后由 Riven 的自动化实验室完成真实化学实验，再把表现最好的候选物送到 USA Rare Earth 位于科罗拉多州 Wheat Ridge 的研发设施中，用实际稀土原料继续验证。最终通过验证的萃取剂，有可能直接进入公司的稀土加工流程设计。

USA Rare Earth 为这项合作提供了一个比较明确的工业落点。该公司据称正在开发得克萨斯州 Round Top 稀土项目，同时建设自己的分离和永磁材料能力。根据目前公布的信息，这套实验系统未来将针对几类真实原料展开测试，包括 Round Top 项目的原料、第三方提供的混合稀土碳酸盐，以及永磁体制造过程中产生的磁体切屑。

图｜美国得克萨斯州西部稀土矿床 Round Top（来源：USA Rare Ea）

也就是说，这项合作并不是单纯在计算机上寻找一个理论上表现更好的分子，而是希望一直把候选物推到真实材料和工业流程中验证。

对于稀土分离来说，这种提升即便并不巨大，也可能产生实际价值。由于传统分离流程往往需要多级重复萃取，一种选择性更高的萃取剂，理论上就可能减少部分分离级数，进一步减少设备、溶剂和原材料使用。

USA Rare Earth 的目标也很明确。如果新的萃取剂能够提高分离效率，未来的加工设施就可能做得更小，同时降低资本开支、运营成本和环境负担。

这项技术合作的背后，还有西方重构稀土供应链时面临的现实困境。过去几年，美国不断推动本土稀土矿山、磁体工厂和回收项目，但全球稀土产业链中最难复制的部分之一，依然是中游的分离和精炼能力。尤其是镝、铽、钇等重稀土，能够稳定完成高纯度分离的供应商依然高度集中在亚洲。

这也是为什么“有矿”并不等于“有完整稀土供应链”。即使能够获得混合稀土原料，如果无法进一步把不同元素稳定、高效地分开，后面的金属、合金和永磁体生产仍然会受制于中游加工能力。

1.https://www.globenewswire.com/news-release/2026/09/17/3363859/0/en/usa-rare-earth-pasqal-and-riven-systems-partner-to-advance-next-generation-technologies-for-critical-mineral-production.html

2.https://www.pasqal.com/fr/newsroom/usa-rare-earth-pasqal-and-riven-systems-partner-to-advance-next-generation-technologies-for-critical-mineral-production/

3.https://interestingengineering.com/ai-robotics/quantum-tech-rare-earth-supply-chain

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注：封面/首图由 AI 辅助生成