中国电科16所：让超导量子计算用上“国产大冰箱”

如果想找一个低温存储的容器，我们第一时间就会想到冰箱。虽然其在日常生活中已经能够满足大部分生活需要，但物理学中，这种温度远远不够低。

“物理学中所说的低温一般指在液氮温度以下的温度区间，也就是77K（K即国际温标开尔文，开尔文温度数值上等于摄氏温度数值减去273.15），超流体、超导体和半导体中的量子力学效应等现象，只发生在极低温度下，因此极低温的实现具有重要意义。”16所专家表示，为给超导量子计算芯片提供趋近绝对零度的极低温（10mK以下，1mK=0.001K），团队成员自2019年着手稀释制冷机自主攻关研发，为我国量子计算发展贡献力量。

在16所“蓝色大厅”实验室，一个圆柱形的白色罐子被吊装于金属架之上，运行时发出嗡嗡的声音，超导量子芯片和各类线材就藏在这样一台造型奇特的“冰箱”里。“这个‘冰箱’就是稀释制冷机，它是一种超低温冷却系统，通过低温溶剂稀释同位素混合物，实现接近绝对零度超低温环境，可为极端环境的物理实验研究提供可靠支撑。”科研人员介绍说，尽管其他类型的超低温冷却器可以达到几乎与稀释制冷机一样低的温度，但它们只能用于预冷，这种“一次性”低温方法并不能提供持久的低温环境，故不适合直接用于支持量子计算和量子模拟系统，而稀释制冷机操作简单、性能稳定、支撑连续长时间工作的优势，被广泛应用于量子计算、凝聚态物理、材料科学和深空探测等前沿技术领域。

“量子计算机需满足基于超导、半导体等低温环境试验，此时，稀释制冷机就体现出巨大优势。”研发人员表示，芯片运行的效果决定了整个量子计算机的能力，同样的量子计算芯片，用16所自主研发的稀释制冷机，芯片发挥的能力、测量指标等都达到国际同类产品水平。

来之不易的成绩，是团队多年甘于坐冷板凳，用专心、专注、专业精神换来的。

在关键技术攻克的过程中，团队也曾一度没有显著突破，也曾有“我们能不能行”的问题困扰，但他们始终坚守岗位，拧成一股绳地针对核心工艺，夜以继日开展验证和排故查疑，将材料理论特性与产品实际应用相结合，反复试验迭代。历时3年多，成功攻克极低温稀释制冷换热技术，解决了极低温稀释制冷机“热”问题。 

2022年11月，团队研制的无液氦稀释制冷机最低稳定运行温度实现7.9mK（绝对零度以上0.0079℃），作为这一国内首台稀释制冷机工程化产品成功交付长三角量子中心。持续攻关，团队持续攻关，在国内率先实现工程化和多台交付，进入小批量生产阶段，并已形成谱系化产品。下一步，16所将持续完善产品谱系、拓展产品类型，优化改进现有产品，为量子计算自立自强提供强有力的支撑。