絕對零度是冰冷的極致，是一個理想的、無法達到的最低溫度。長期以來，科學家們向著這個目標發起了一次又一次挑戰。7月12日，記者從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上可以買到的溫度最低的製冷機，不需要液氦輔助就可以實現僅僅高於絕對零度0.01度的極低溫，可以為量子計算機芯片提供用於維持量子態必需的極低溫環境。

“有別於傳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的主戰場，稀釋製冷機為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鍵設備。“目前，我國此類儀器完全依賴進口，是亟待攻破的關鍵核心技術。因此，研製國產無液氦稀釋製冷機迫在眉睫。”姬忠慶坦言。

作為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。面對新一輪量子科技競爭的新形勢，該所研究團隊再一次組織力量聯合攻關，完全自主研製國產無液氦稀釋製冷機。

“在歷時兩年半的研發過程中，我們攻克了低溫設備焊接工藝難題，解決了長期困擾的冷漏、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，單衝程運行模式可低於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量子計算“卡脖子”問題，加快科技自立自強上邁出了關鍵的一步，掌握稀釋製冷核心技術標誌著我國具備了為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化無液氦稀釋製冷機相關技術，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面達到進口產品水平，為我國的量子計算實驗前沿研究提供有力支撐。”姬忠慶說道。