我国自主研发的无液氦稀释制冷机取得突破性进展

来源：IT之家　2021-07-13 09:09:43

绝对零度是热力学中的最低温度，是粒子动能低到量子力学最低点时物质的温度。绝对零度是仅存于理论的下限值，其热力学温标写成 0K，等于摄氏温标零下 273.15 度(即−273.15℃)。

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，除非该空间自始即无任何能量热量。

据科技日报，中国科学院物理研究所自主研发的无液氦稀释制冷机现成功实现了 10mK(绝对零度以上 0.01 度)以下极低温运行。这标志着我国在高端极低温仪器研制上取得了突破性的进展。

IT之家了解到，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，不能再低。

可见热的德布罗意波(物质波)波长与绝对温度的平方根成反比，因此当温度很低的时候，粒子物质波的波长很长，粒子与粒子之间的物质波有很大的重叠，因此量子力学的效应就会变得很明显。

据称，中科院物理所早在上世纪 70 年代末就研制成功了我国第一台湿式稀释制冷机，实现了 34mK(零下 273.116 度，即绝对零度以上 0.034 度)的极低温。

中国科学院物理研究所副研究员姬忠庆解释道：“有别于传统的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”。

据悉，无液氦稀释制冷机是目前可以买到的温度最低的制冷机，它不需要液氦辅助即可实现仅仅高于绝对零度 0.01 度的极低温，可以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。

值得一提的是，稀释制冷机可为量子计算机的正常运行提供必要的极低温环境。在当下大力发展量子计算的时代，稀释制冷机可谓是量子计算研究中极其重要的关键部分。

“目前，我国此类仪器完全依赖进口，是亟待攻破的关键核心技术。因此，研制国产无液氦稀释制冷机迫在眉睫。”姬忠庆坦言。

面对新一轮量子科技竞争，中国科学院物理研究所团队历时两年半，终于实现了完全自主研制国产无液氦稀释制冷机，并在在 2021 年 6 月 24 日晚成功实现 10.9mK 连续稳定运行，可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(绝对零度以上 0.0087 度)，达到了国际主流产品的水平。

标签：物理研究能量热量粒子动能低温仪器

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