量子计算用大型稀释制冷系统技术研发

需求的背景和应用场景

随着量子信息技术的迅猛发展，大规模量子计算已成为信息通信领域的前沿研究热点。量子计算机在特定计算任务上展现出远超经典计算机的潜力，如因子分解、搜索算法及复杂系统模拟等，对国家安全、金融分析、药物研发等领域具有重大意义。然而，量子计算的核心部件——量子比特（qubit）对工作环境要求极为苛刻，尤其是需要在极低温度下运行以维持其量子态的稳定性。当前，大规模量子计算系统普遍采用稀释制冷技术来达到所需的毫开尔文级低温环境。然而，高性能、大冷量的稀释制冷系统技术被少数发达国家垄断，且对我国实施禁运，严重制约了我国量子计算研究的进度与规模化测试能力的提升。因此，本项目旨在研发全国产化的大型稀释制冷系统，以打破国外技术封锁，满足我国量子计算领域对高性能制冷系统的迫切需求，推动量子计算技术的自主研发与产业化进程，构建量子计算用稀释制冷系统的新格局。

要解决的关键技术问题

本项目需解决的关键技术问题包括但不限于：

1. 超低温度控制技术：研发能够实现系统最低温度低于10mK的制冷技术，确保量子比特在极低温度下稳定工作。
2. 大冷量制冷能力：在20mK时提供大于32mW的制冷量，以及在100mK时提供大于1200μW的制冷量，满足大规模量子计算系统对高制冷量的需求。
3. 低振动设计：控制系统冷箱振动在±500nm以内，减少外部干扰对量子比特的影响，提高量子计算的精度与稳定性。
4. 大型混合室设计：设计直径大于500mm的混合室盘，以适应更大规模的量子计算系统集成。
5. 快速降温技术：实现系统整体降温时间小于36小时，提高实验效率与灵活性。
6. 100%国产化技术攻关：从材料、部件到整机系统，全面实现国产化，打破国外技术垄断与禁运限制。

效果要求

本项目预期达到的效果包括：

• 技术创新：成功研发具有自主知识产权的全国产大型稀释制冷系统，填补国内技术空白，打破国际垄断。
• 性能优越：系统各项技术指标达到或超越国际先进水平，满足大规模量子计算系统的严苛要求。
• 产业带动：促进量子计算相关产业链的发展，带动上下游企业技术进步与产业升级，提升我国在全球量子计算领域的竞争力。
• 安全保障：实现稀释制冷系统的自主可控，为国家量子信息安全与战略需求提供坚实支撑。
• 应用推广：推动量子计算技术在科研、军事、金融、医疗等领域的广泛应用，产生显著的社会经济效益。