近日，由中科院物理所自主研發的無液氦稀釋制冷機，在10mK（絕對零度以上0.01度）成功運行，填補了大陸在這項重要科研儀器上的空白，
△ 無液氦稀釋制冷機（圖片來自央視新聞）
稀釋制冷機是研究極低溫現象必備的物理儀器。比如我們近年來看到的谷歌量子計算機，其中主體的部分就是稀釋制冷機，
稀釋制冷機為超導量子計算機提供接近絕對零度的極低溫環境，是量子計算研究中不可替代的關鍵設備，
△ 谷歌量子計算機的制冷機
目前大陸的量子計算技術在國際上處于領先地位，不久前中科大成功研制了全球超導量子比特數量最多的量子計算原型機“祖沖之號”。
然而，超導量子計算機所必須稀釋制冷機卻必須從國外進口。面對新一輪量子計算競賽，中科院物理所組織力量聯合攻關，
中科院物理所副研究員姬忠慶所在團隊，歷時兩年半的，解決了低溫設備焊接工藝、盤管熱交換器、銀粉熱交換器等多項核心技術難題，
最終在6月24日，完全自主研制大陸無液氦稀釋制冷機首次成功運行，實現10.9mK的連續穩定工作，滿足超導量子計算需要的條件，單沖程運行模式可低于8.7mK，基本達到了國際主流產品的水平。
什么是無液氦稀釋制冷機
沸點4.2K的液氦，是目前低溫實驗必不可少的一種物質，但是要達到接近絕對零度的超低溫，需要一些特殊手段，稀釋制冷便是其中之一，
制冷用的液氦中存在兩種天然同位素氦-3和氦-4，當溫度低于0.87K時，液氦會分離為兩相，類似于水油分層，上層是含氦-3較多的相（濃縮相），下層是含氦-3較少的相（稀釋相）。
△ 稀釋制冷原理示意圖
若對下層液體抽氣，氦-3會比氦-4蒸發更快，讓稀釋相進一步變稀，氦-3將從濃縮相向稀釋相擴散，這一擴散過程會吸熱，從而達到了制冷的目的。
但是要讓氦-3冷卻到極低的溫度（從室溫冷卻到液氦溫區），一般需要液氦對其進行預冷，這種方法叫做“濕式”稀釋制冷。而“濕式”需要消耗大量液氦，液氦又是一種昂貴的耗材。
如果在預冷過程中不使用液氦，通過脈沖管制冷進行降溫，這種方式就叫做“干式”稀釋制冷，也就是無液氦稀釋制冷，
當然，兩種制冷方式在液氦溫區以下的制冷原理都是一樣的，但后者因為不消耗大量液氦，因此在經濟性和可維護性上更具優勢，目前已成為市場主流。
解決核心儀器“卡脖子”問題
其實，早在上世紀70年代末，中科院理化所冉啟澤團隊就開發出了濕式稀釋制冷機，實現了34mK的極低溫，甚至還將設備出口到美國，但當時為了創匯，賣到美國的稀釋制冷機極為廉價，僅約5000美金，
隨著那一批研究團隊成員的退休與離世，稀釋制冷機的技術也逐漸“失傳”，
如今大陸低溫科研團隊的稀釋制冷設備均被外國企業壟斷，重新掌握稀釋制冷核心技術，標志著大陸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，
姬忠慶表示，他們新研制的無液氦稀釋制冷機原型機，在解決量子計算“卡脖子”問題上邁出了關鍵一步。
希望大陸的稀釋制冷機能盡快投入市場，讓大陸儀器為大陸的量子計算研究出力。
