我國(guó)自研“無(wú)液氦稀釋制冷機(jī)”項(xiàng)目在2021中關(guān)村論壇發(fā)布
科學(xué)研究成果是科技工作者辛勤勞動(dòng)的結(jié)晶，是人類重要的精神財(cái)富和物質(zhì)財(cái)富;是一種具有特殊意義的生產(chǎn)力，也是衡量科學(xué)研究任務(wù)完成與否，質(zhì)量?jī)?yōu)劣，以及科研人員貢獻(xiàn)大小的重要標(biāo)志。是國(guó)家的財(cái)富、智力的資源。
9月25日，中科院物理所“無(wú)液氦稀釋制冷機(jī)”項(xiàng)目在2021中關(guān)村論壇發(fā)布。我國(guó)成功研制出無(wú)液氦稀釋制冷機(jī)，實(shí)現(xiàn)了比絕對(duì)零度高0.01度的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行溫度。掌握稀釋制冷核心技術(shù)使我國(guó)具備了為量子計(jì)算等前沿研究提供極低溫條件保障的能力。
稀釋制冷機(jī)是一種能夠提供接近絕對(duì)零度環(huán)境的高端科研儀器，在凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)、粒子物理乃至天文探測(cè)等科研領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。稀釋制冷機(jī)1951年H.London提出可以用超流4He稀釋3He的方法制冷的理論。到1965年P(guān).Das等人根據(jù)這一理論制成了3He-4He稀釋制冷機(jī)，已達(dá)到1.8mK的低溫。它可以長(zhǎng)時(shí)間地維持毫K范圍的溫度，有較大的冷卻能力，已成為獲得毫K溫度的最重要的手段和設(shè)備。
3He，4He的混合液在0.86K以上時(shí)，液3He可以以任何比例溶解在液4He中，但是當(dāng)混合溶液的溫度降到0.86K以下時(shí)，混合液則分離成兩相，其中含3He多的相稱為濃縮相，而含3He少的相稱為稀釋相。在低于0.86K的任一溫度都對(duì)應(yīng)于一定的3He含量的稀釋相和濃縮相，并達(dá)到相平衡。當(dāng)從稀釋相中取走3He原子時(shí)，為了保持兩相的平衡，則由濃縮相中的3He通過(guò)相界面進(jìn)入稀釋相以補(bǔ)充被移去的3He原子。可以計(jì)算得3He在稀釋相中的焓和熵比在濃縮相中要大得多。所以這種稀釋過(guò)程需要吸熱，利用這個(gè)吸熱現(xiàn)象制成了稀釋制冷機(jī)。
從稀釋制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)圖來(lái)看，包含相界面的室稱做混合室，3He原子從濃縮相經(jīng)過(guò)相界面進(jìn)入稀釋相要吸熱而制冷，使溫度降低。包含稀釋相的自由表面的室稱為蒸餾室，溫度維持在0.6～0.7K。此時(shí)3He的飽和蒸氣壓遠(yuǎn)高于4He的飽和蒸氣壓，可以用抽氣機(jī)抽走，這時(shí)濃縮相中的3He原子就不斷地通過(guò)相界面進(jìn)入稀釋相，抽走的3He經(jīng)過(guò)冷凝再補(bǔ)充到濃縮相中形成循環(huán)，使制冷機(jī)不斷地運(yùn)行。
量子芯片就是將量子線路集成在基片上，進(jìn)而承載量子信息處理的功能。借鑒于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程，量子計(jì)算機(jī)的研究在克服瓶頸技術(shù)之后，要想實(shí)現(xiàn)商品化和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，需要走集成化的道路。超導(dǎo)系統(tǒng)、半導(dǎo)體量子點(diǎn)系統(tǒng)、微納光子學(xué)系統(tǒng)、甚至是原子和離子系統(tǒng)，都想走芯片化的道路。從發(fā)展看，超導(dǎo)量子芯片系統(tǒng)從技術(shù)上走在了其它物理系統(tǒng)的前面;傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點(diǎn)系統(tǒng)也是人們努力探索的目標(biāo)，因?yàn)楫吘箓鹘y(tǒng)的半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展已經(jīng)很成熟，如半導(dǎo)體量子芯片在退相干時(shí)間和操控精度上一旦突破容錯(cuò)量子計(jì)算的閾值，有望集成傳統(tǒng)半導(dǎo)體工業(yè)的現(xiàn)有成果，大大節(jié)省開(kāi)發(fā)成本。
新聞來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院物理研究所
標(biāo)簽：無(wú)液氦稀釋制冷機(jī)
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