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新突破!无液氦稀释制冷机可达-273.1391℃

  物质的温度取决于其内原子、分子等粒子的动能。根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布,粒子动能越高,物质温度就越高。理论上,若粒子动能低到量子力学的最低点时,物质即达到绝对零度。但根据热力学定律,绝对零度只可无限逼近、永远无法达到。因为任何空间必然存有能量和热量,也不断进行相互转换而不消失。所以绝对零度是不存在的,是一个理想的、无法达到的温度,除非该空间自始即无任何能量热量。
 
  7月12日,中国科学院物理研究所自主研发的无液氦稀释制冷机成功实现10.9mK(零下273.1391度,绝对零度以上0.0109度)的连续稳定运行,满足超导量子计算需要的条件,单冲程运行模式可低于8.7mK(零下273.1413度,即绝对零度以上0.0087度)。
 
  稀释制冷机是一种能够提供接近绝对零度环境的科研仪器。该设备无需液氦辅助就可以实现仅仅高于绝对零度0.01度的极低温,为量子计算机芯片提供用于维持量子态必需的极低温环境,在凝聚态物理、材料科学、粒子物理乃至天文探测等科研领域广泛应用。
 
  有别于传统依赖液氦辅助降温的湿式稀释制冷机,无液氦稀释制冷机无需液氦供应,样品空间大,连续运行时间长且运维方便,在最近十年迅速普及并成为市场主流。
 
  在历时两年半的研发过程中,研究人员攻克了低温设备焊接工艺难题,解决了长期困扰的超漏、冷漏问题。在核心的极低温高效热交换器制作过程中,研究人员测试评估了大量材料和多种设计方案,攻克了盘管热交换器和银粉热交换器等多项核心技术难题。稀释制冷机的研发标志着我国在极低温仪器研制上取得了突破性的进展。
 
  长期以来,科学家们向着“绝对零度”发起了一次又一次挑战。早在上世纪70 年代末,中科院物理所就研制成功了我国第一台湿式稀释制冷机,实现34mK(零下273.116 度,即绝对零度以上 0.034 度)的极低温。
 
  值得一提的是,稀释制冷机为量子计算机的正常运行提供必要的极低温环境,是量子计算研究中极其重要的关键部分。如今,面对新一轮量子科技竞争,中科院物理所研究团队再次组织力量,联合攻关,自主研制国产无液氦稀释制冷机,为中国低温实验技术和低温物理研究的再添新枝,这标志着我国具备为量子计算等前沿研究提供极低温条件保障的能力。
 
  未来,物理所研究团队将进一步优化无液氦稀释制冷机相关技术,固化工艺流程,提升新一代制冷机的易用性和稳定性,为我国的量子计算实验前沿研究提供有力支撑。

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