絕對零度是冰冷的極致，是一個(ge) 理想的、無法達到的最低溫度。長期以來，科學家們(men) 向著這個(ge) 目標發起了一次又一次挑戰。

7月12日，記者從(cong) 中國科學院物理研究所獲悉，該所自主研發的無液氦稀釋製冷機成功實現10mK（絕對零度以上0.01度）以下極低溫運行。這標誌著我國在高端極低溫儀(yi) 器研製上取得了突破性的進展。

物理所10mK原型機全貌。圖片來源：中國科學院物理研究所

稀釋製冷機是一種能夠提供接近絕對零度環境的高端科研儀(yi) 器，在凝聚態物理、材料科學、粒子物理乃至天文探測等科研領域廣泛應用。無液氦稀釋製冷機是商業(ye) 上可以買(mai) 到的溫度最低的製冷機，不需要液氦輔助就可以實現僅(jin) 僅(jin) 高於(yu) 絕對零度0.01度的極低溫，可以為(wei) 量子計算機芯片提供用於(yu) 維持量子態必需的極低溫環境。

“有別於(yu) 傳(chuan) 統的依賴液氦輔助降溫的濕式稀釋製冷機，無液氦稀釋製冷機無需液氦供應，樣品空間大，連續運行時間長且運維方便，在最近十年迅速普及並成為(wei) 市場主流。”中國科學院物理研究所副研究員姬忠慶說。

量子計算是當前世界各國科技競爭(zheng) 的主戰場，稀釋製冷機為(wei) 量子計算機的正常運行提供必要的極低溫環境，是量子計算研究中不可替代的關(guan) 鍵設備。“目前，我國此類儀(yi) 器完全依賴進口，是亟待攻破的關(guan) 鍵核心技術。因此，研製國產(chan) 無液氦稀釋製冷機迫在眉睫。”姬忠慶坦言。

作為(wei) 中國低溫實驗技術和低溫物理研究的發源地，中科院物理所早在上世紀70年代末就研製成功了我國第一台濕式稀釋製冷機，實現了34mK（零下273.116度，即絕對零度以上0.034度）的極低溫。麵對新一輪量子科技競爭(zheng) 的新形勢，該所研究團隊再一次組織力量聯合攻關(guan) ，完全自主研製國產(chan) 無液氦稀釋製冷機。

“在曆時兩(liang) 年半的研發過程中，我們(men) 攻克了低溫設備焊接工藝難題，解決(jue) 了長期困擾的冷漏、超漏問題，在核心的極低溫高效熱交換器製作過程中，測試評估了大量材料和多種設計方案，攻克了盤管熱交換器和銀粉熱交換器等多項核心技術難題。”姬忠慶說。

最終，在2021年6月24日晚，該所自主研發的無液氦稀釋製冷機原型機成功實現10.9mK（零下273.1391度，即絕對零度以上0.0109度）的連續穩定運行，滿足超導量子計算需要的條件，單衝(chong) 程運行模式可低於(yu) 8.7mK（零下273.1413度，即絕對零度以上0.0087度），基本達到了國際主流產(chan) 品的水平。

姬忠慶表示，新研製的無液氦稀釋製冷機原型機在解決(jue) 量子計算“卡脖子”問題，加快科技自立自強上邁出了關(guan) 鍵的一步，掌握稀釋製冷核心技術標誌著我國具備了為(wei) 量子計算等前沿研究提供極低溫條件保障的能力。

“未來，物理所研究團隊將進一步優(you) 化無液氦稀釋製冷機相關(guan) 技術，固化工藝流程，正在建設中的新一代製冷機將在易用性和穩定性方麵達到進口產(chan) 品水平，為(wei) 我國的量子計算實驗前沿研究提供有力支撐。”姬忠慶說道。

◎ 科技日報記者 陸成寬

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