近日，中國科學院物理研究所宣佈，該所自主研發的無液氦稀釋製冷機取得重大突破，該裝置能夠將溫度降低到零下-273。1319攝氏度，僅僅比絕對零度高了0。01度，代表了我國在高階極低溫製冷裝置上的一個里程碑。中科院物理所的副研究員姬忠慶表示，極低溫製冷技術是量子計算機中的關鍵技術之一，然而這項技術長期以來被西方發達國家壟斷。

此次國產新型製冷裝置解決了量子計算中的“卡脖子”問題，為我國量子計算機的發展鋪平了道路。

量子計算機的

“卡脖子”的技術

稀釋製冷技術早在1951年就被提出來，雖然經歷了70年的發展，但稀釋製冷裝置仍然是非常昂貴的儀器。儘管我國的量子計算在全球保持領先水平，但我國量子計算的頂尖團隊所使用的製冷機全部來自國外。

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019

年美國商務部就提出，要逐漸限制製冷裝置向中國

的

出口，以

封殺中國量子計算機的發展。

如果國產製冷裝置不進步，我國的量子計算機就算再先進，也註定受制於人。

其實中國的製冷機曾經一度發展得很好。中科院理化所的冉啟澤團隊早在上世紀70年代就研發出了稀釋製冷機。當時我國的稀釋製冷機處於世界領先水平，裝置一度出口到美國，為中國創造了不少外匯。可遺憾的是，出於種種原因，這個團隊的人員陸續退休後就後繼無人，從此中國在該領域就一直止步不前。

為什麼需要低溫？

在經典的熱學理論中，溫度代表了粒子的運動速度。粒子的運動速度越快，溫度就越高；相反粒子運動速度越慢，溫度就越低。當粒子保持靜止的時候，此時的溫度就代表了物質的最低溫度，也就是絕對零度，約為零下273。15攝氏度。不過根據熱力學理論，絕對零點是不可能達到的，人類只能把溫度降到無限趨近於絕對零點。

當溫度不斷下降時，物質所表現出的性質就可能與常溫完全不同。例如

水銀，當溫度降到

零下

2

69

攝氏度時，水銀就變成了超導材料，此時它的電阻完全消失。

這些超導材料在醫院的核磁共振儀、未來的人工核聚變等領域都有廣泛的應用。再比如

液氦，當溫度

達到零下

2

71

攝氏度時，液氦就轉變為超流體，此時它與容器之間的摩擦力降為了

0

，可以永久運動，甚至還能克服重力，沿著杯子的杯壁向上流動。

低溫技術最吸引人的應用領域是量子計算機。要實現量子計算，原子的溫度最多隻能比絕對零度高0。03度，否則原子的運動會干擾量子計算過程。

如何獲得低溫

？

獲取低溫的技術有很多，最常見的技術主要分為鐳射製冷和蒸發製冷。先說說鐳射製冷。既然溫度代表了粒子的運動速度，如果能讓一個粒子接近靜止狀態，那就意味著該粒子的溫度很低。因而，科學家用鐳射從多個方向轟擊單一粒子，限制粒子的運動，就能降低粒子的溫度。不過這種製冷方法難以實現大量物質的製冷。

蒸發製冷則利用了物質蒸發會吸熱的原理來製冷。這是目前獲取低溫的最常用方法。利用液氮蒸發吸熱，人們可以很方便獲取到零下196攝氏度的低溫；如果利用液氦蒸發的話，人們可以獲取零下272攝氏度的極低溫。不過液氦蒸發的方法需要使用大量的氦，而不幸的是地球上氦的含量十分稀少，因而這種方法費用昂貴，而且溫度也達不到量子計算所需要的溫度。

要滿足量子計算機的溫度，就只能使用這次獲得突破性進展的稀釋製冷機了。人們發現當氦的同位素氦3在氦4中擴散時，能夠帶走熱量，使物質溫度達到最低零下273。14攝氏度。

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