💡这项突破是什么?
近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）量子计算云平台部稀释制冷团队、硬件研发团队联合中国科学院物理研究所（以下简称“中科院物理所”）量子计算研究中心，在模块化稀释制冷机的研制和应用方面取得新进展。2026年9月25日，相关成果以“模块化可拓展的无液氦稀释制冷机”（Modular and integrable cryogen-free dilution refrigerator）为题，发表在《物理评论应用》（Physical Review Applied）。
随着超导量子处理器的规模化发展，作为核心支撑设备的稀释制冷机正面临制冷功率不足和可用实验空间受限等严峻挑战。国内外众多研究团队正在竞相探索面向未来超导量子计算应用需求的极低温解决方案。目前，提升稀释制冷机制冷功率的核心方法依赖于稀释制冷单元的并联扩展。传统的单腔体并联稀释制冷单元方案虽可一定程度上满足短期应用需求，但存在真空腔制造安装困难、预冷降温缓慢、管线复杂度提升、以及并联单元流动、换热分配机制不清等突出问题。相比之下，通过稀释制冷机的模块化集成来创新构建极低温平台的方案，可以基于现有极低温技术快速实现，具有可持续的发展优势。
在此背景下，研究团队基于前期1000μW量级稀释制冷机的研制基础，于2025年率先实际走通模块化集成的技术路线，研制成功了2000μW量级的模块化稀释制冷机原型机。在集成配置下，两个制冷机模块的连续运行最低温均保持在 10 mK 以下。扩大后的MC（混合室）样品腔在同一温度区间的可用制冷功率近似实现了对单一模块的加倍。另一方面，通过设置特定的热互联条件，一个制冷机模块的负载变化对另一模块的温度和制冷功率影响基本可以忽略。两个模块间又展现出一定的运行独立性。这些特性为未来灵活扩展制冷机规模、按需配置实验资源奠定了重要基础。该原型机在北京量子院量子计算云平台得到了实际应用验证。论文报道了该项工作的关键技术环节和相关实验结果，并讨论了所提出的模块化集成方案在进一步拓展过程中可能面临的重要问题和改进途径。
该项工作为未来极低温制冷平台的发展和应用提供了新的参考，其在制冷功率和实验空间方面所展示的可扩展性，有望为大规模量子计算应用提供解决方案。
模块化稀释制冷机拼接实物图
量子院量子计算云平台部稀释制冷机团队助理研究员关翔为本文的共同第一及通讯作者。量子院助理研究员刘培为本文的共同第一作者。中科院物理所姬忠庆研究员、量子院于海峰研究员为本文共同通讯作者。论文的合作者还包括量子院在读博士生王得鸣、许逾群高级工程师、金贻荣研究员，量子院兼聘/中科院物理所副研究员樊洁，中科量仪（北京）科技有限公司谢永节博士。该工作得到国家自然科学基金、量子科技创新计划、北京市科技计划、北京量子院内部项目、中科量仪（北京）科技有限公司等支持。
全文链接：https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/lpcw-bm1q
