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极限逼近绝对零度,我国自主研发的无液氦稀释制冷机取得重大突破

2021-07-13 11:33:36 IT之家 问舟 编辑:奇奇 浏览数:14还学网

IT之家 7 月 12 日消息 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...

IT之家 7 月 12 日消息 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。

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