对超导量子芯片来说，顺利运行的前提，是先要有一间足够冷也足够稳的 " 房间 "。

6 月 24 日，由科大国盾量子完成工程化开发的国产大功率稀释制冷机 ez-QF1500 正式下线。

它仅依靠单个制冷核心，就在 100 毫开尔文温度下实现 1700 微瓦制冷量，单核心制冷能力达到国际领先水平。

稀释制冷机听上去冷僻，却是超导量子计算机绕不开的关键设备。它要把芯片送入接近绝对零度的极寒环境，还要在有限空间内容纳大量测控线缆和放大器。随着量子比特数迈向上千个，低温系统能不能带得动，直接关系到量子计算机能不能稳定运行。

合新闻记者独家专访国盾量子技术专家李旭博士，试图从一根线缆、一只换热器的细节里，看懂这台 " 合肥造 " 设备为什么能在极寒深处托住量子芯片。

不用多核并联，单核把冷量做大

给房间装空调，空间变大了，制冷能力也得跟上。如果只是把几套小系统并联拼凑，总冷量或许够了，但管线、控制和维护都会随之复杂。这是如今千比特量子计算机面临的现实的工程难题之一。

超导量子芯片对环境极其敏感。只有在接近绝对零度（零下 273.15 摄氏度）的极低温环境里，芯片中的量子态才有可能被稳定维持和操控。温度、振动、电磁噪声中的任何一项控制不好，都会影响计算结果。

因此，科学家必须为它配备一套足够稳定的极低温系统，业界称之为稀释制冷机。

近几年，超导量子计算不断向更大规模迈进。最直观的变化是芯片上的量子比特数量从几十个走向数百个，并继续向千比特规模迈进。

比特数增加，配套的测控线缆和低温器件随之增多，原有制冷能力开始承压。制冷跟不上，再先进的芯片也发挥不出威力。

面向千比特级别的制冷需求，业内常见做法是通过多个稀释制冷核心并联来提高总冷量。这一路径能够解决冷量不足的问题，但也会增加管路、控制、调试的复杂性和长期运行的稳定性。对于量子计算机来说，系统越复杂，稳定运行需要考虑的因素也越多。

拒绝多核心并联的妥协，国盾量子的研发团队选择从最难的底层结构去破局。李旭介绍，团队最终决定把难题压回到单核心本身，在换热效率、冷量分布和内部空间上逐项突破。刚下线的这台国产机器，仅依靠单个稀释制冷核心，就将制冷量直接拉升到了国际领先台阶，为后续的千比特系统提供了更简洁扎实的低温支撑。

3600 路线缆进低温舱，难题藏在毫米间

拆开厚重金属外壳，ez-QF1500 的内部结构像一盏复杂的倒立吊灯，一层叠着一层。李旭和团队在这套结构上反复打磨了两年。

跟外界想象中充满戏剧性的科研突破不同，李旭眼里的这两年，是一场枯燥且消耗耐心的细致工程攻关。研发团队要在有限的物理空间里，解决三个看似互相矛盾的痛点。

最先碰到的难关是总冷量不够。要在不大幅增加氦三用量的前提下把单核制冷量提上去，关键突破口落在极低温换热器上。换热面积如何增加，换热路径如何优化，结构改动后会不会影响整体稳定性，都要一轮轮推算、加工、测试，再推翻重来。

总冷量提升后，新的问题随之出现：冷量如何在不同温区合理分配。稀释制冷机内部并不是一个温度恒定的冷柜。

它有严格的温度梯度，像一栋有着不同温控需求的多层建筑。系统一旦运转，不同温区承担的任务不同，需要的冷量也不一样。

为了摸清这种微妙差异，团队通过大量实验积累数据，配合有限元仿真，一层层给系统做针对性的温区匹配设计。

前两道关卡考验的是对温度的精准把控，最后的空间布局，考的就是在螺蛳壳里做道场的工程能力。

一千个量子比特，意味着需要庞大线路去读取和控制状态。这要求在制冷机本就逼仄的腔体内，规规矩矩地塞进 3600 路低温测控线缆，外加 100 多个低温放大器。

这不是简单把线缆塞进去。3600 路低温测控线缆在狭窄空间里穿梭，不仅要完成信号传输，还要尽量减少从外界带入的热量。

线缆怎么走、在哪一级温区热沉、如何与放大器配合，都要提前算清楚。李旭坦言，低温系统里每一根线都不是简单接进去的。它带来的热负载要算，信号稳定性要算，最后还要看能不能在有限空间里长期稳定工作。

两年下来，这些难题被逐一拆解。在底层设计上，ez-QF1500 采用了自主可控的软硬件架构。

过去在这个领域，脉冲管制冷机、控温仪、极低温温度计等关键部件往往依赖进口，买不买得到、何时交货，主动权都不在我们手里。这一次，这些关键精密部件全部实现了国产替代。

这项工作的难度最终落在极细微处：一毫米的空间、一微瓦的冷量、一根线缆带来的热负载，都要算清楚。所谓自主可控，正是在这些细节里一点点长出来的。

从原型到交付，补上量子计算底座

按照计划，今年下半年，ez-QF1500 将正式启动交付。走出实验室，真正接入超导量子计算系统运行，才是检验它工程化能力的重要一关。

在李旭看来，工程化最难的地方并不是让某一个指标在单次测试中好看，而是让它在后续使用中稳定复现。" 实验室里跑出结果是一回事，变成一台能交付、能长期运行的设备是另一回事。" 他说，稀释制冷机最终要服务的是量子计算整机系统，稳定性、可维护性、噪声屏蔽能力和关键部件自主可控，都要一起考虑。

这台设备的基础，来自前期原型研制。中国科学院量子信息与量子科技创新研究院于 2025 年完成 " 单稀释制冷单元大功率稀释制冷机 " 原型研制，实现了 20 毫开尔文温度下 40 微瓦制冷量的技术突破。在此基础上，国盾量子进一步开展工程化开发，把关键能力变成可交付、可使用的产品。

对超导量子计算机来说，稀释制冷机不是单独摆在一旁的配套设备，而是整机系统的低温底座。芯片、测控线路、放大器、屏蔽系统，都要在这套低温环境中协同工作。低温系统越稳定，量子计算机向更大规模、更长时间运行迈进时，基础也会更扎实。

这台设备并不是一次孤立的产品下线。过去几年，国盾量子围绕超导量子计算所需的低温、测控等环节持续补齐部件能力。ez-QF1500 的意义，也不只在于一项指标达到领先水平，而在于把这些能力进一步整合到一套可交付的低温系统里。

首台设备的下线，在李旭和团队眼里只是一个阶段性节点。面对接下来的路，他们的想法很平实：继续把量子计算核心器件和仪器设备的国产化、智能化做深，把这些精密仪器真正推向应用，让更多前沿科研和工程应用建立在更稳定、更可控的低温底座上。

出品：深一度融媒体工作室

合新闻记者王书浒

图片由受访者提供

发布于：安徽