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中國超導量子計算機突破關鍵裝置,技術封鎖就是用來突破的

作者:小美說科普

超導量子計算機進入量子時代,意味着我們能夠解決很多無法被普通計算機解決的問題,比如人工智能、新材料、新藥物、新能源等等。但想要讓超導量子計算機穩定工作,就需要一個最先進的超低溫制冷技術,而這種超低溫制冷技術又令人望而生畏,那就是“稀釋制冷技術”。

中國超導量子計算機突破關鍵裝置,技術封鎖就是用來突破的

不過,就在人們認為這項技術無法被突破的時候,中國科學家卻用實際行動證明,技術封鎖的局面是可以被打破的。他們從零開始攻克一個又一個無法逾越的難關,終于,在人們的期待中,一台全球領先的高科技裝備,中國國産稀釋制冷機順利下線,它能夠為我們的超導量子計算機提供極低溫環境,創造無限的可能,讓我們一起來看看這項技術牛在哪裡。這也是一次科技的勝利。

一、核心技術背景。

量子計算機是一種運作速度極快,能夠處理大量資料的超級計算機,它在解決各種複雜問題的能力上遠遠超過了傳統計算機,比如解決通訊加密、藥物設計、人工智能等相關的問題。人們一直對這種神奇的計算機充滿了向往,而超導量子計算機,就是量子計算機的一種,它憑借着超導技術的材料,不僅擁有超快的運作速度,而且還能夠在不影響工作的情況下進行海量計算。

不過,盡管超導量子計算機的“夢幻”名額一直吸引着人類的目光,但随之而來的超低溫制冷難題也讓人類感到頭疼。超導材料在低溫下才能夠實作零電阻,也就是說隻有在絕對零度臨界點,才能夠發揮其最佳性能,但要想讓它保持在這個極低的溫度中,就需要一個高效穩定的制冷裝置。

中國超導量子計算機突破關鍵裝置,技術封鎖就是用來突破的

沉甸甸的難題一直被擺在了人們的面前,就好比玩遊戲一樣,剛剛更新的量子技術,又遇到了卡脖子的極低溫制冷關卡,而其中最難的關卡無疑就是稀釋制冷關,它是一種最先進的超低溫制冷技術,隻有通過這項技術,我們才能夠讓超導量子計算機成功穩定運作,但攻克這項關卡又是一件多麼困難的事情呢。

二、稀釋制冷技術。

稀釋制冷技術是指利用氦3和氦4在極低溫下的混合狀态,通過流體熱力學的規律來制造出超低溫的環境,而要想實作這種極低的溫度,就需要一個超級制冷裝置,而這個裝置就是我們口中說到的“稀釋制冷機”。

稀釋制冷機不僅可以制造“近乎臨界”的溫度,而且還能夠在超低溫度下,減少雜質的影響,保證超導材料最佳環境,并且在這種處于量子态的極低溫環境下,人類可以觀察到一些奇妙的量子現象,這不僅有助于我們深入了解量子世界,還能夠幫助我們發現一些前所未見的科學現象,豐富我們的科學知識。

中國超導量子計算機突破關鍵裝置,技術封鎖就是用來突破的

稀釋制冷技術看起來簡單,但它要想在實際應用中發揮出最佳的效果,就需要一個複雜高效的裝置來實作,包括稀釋制冷機的各個部件,比如真空泵、換熱器、屏蔽磁場等等,都需要具備先進的技術,而人類要想實作這樣高端的裝置,也需要綜合運用機械、實體、化學等多種學科的知識,并結合先進的制造技術,才能研發出一台符合要求的稀釋制冷機。

稀釋制冷技術之是以如此難攻克,主要原因還在于它要想實作極低溫環境,那就意味着要将氦氣這種自然狀态下就極為驚人的液化技術,再做到極緻,而大家都知道,普通狀态下,氦氣就能夠變成液體,而當溫度繼續下降時,氦氣又會出現一些非常特殊的性質。

三、稀釋制冷技術淺析。

在超低溫環境下,氦3和氦4就會出現一種非常特殊的現象,它們會像油和水一樣分層,但又不會像油水那樣分開,而是會形成一種特殊的混合液态,這主要是因為在極低溫度下,氦3的分子會比氦4更加活躍,導緻它們之間産生一種“粘性力”,雖然兩種氦氣混合在一起,但并不是真正意義上的“混合”,而是一種“溶解”。

當我們将處于極低溫環境中的氦3和氦4混合物進一步冷卻,那麼這些氦氣就會形成一種獨特的液态,它們會在同一容器中,表現出兩種不同的狀态,氦3會形成一層非常稠密的“液體”,而氦4則會形成一層相對稀薄的“液體”,而且氦3的液體會浮在最上方,而氦4的液體則會沉在最下方,這種特殊的分層現象非常容易讓人們聯想到“油”和“水”這兩種不相融的液體。

但氦3和氦4兩者之間又不是“完全分開”的狀态,而是有一些“互相穿插”的情況,也就是說,我們隻能“大緻分開”它們,但無法做到“完全分開”,這也是為什麼這種特殊的稀釋制冷技術相對于其他技術而言,更加優越一些的原因之一。

中國超導量子計算機突破關鍵裝置,技術封鎖就是用來突破的

想要将氦3和氦4完全分開,而不僅僅是“大緻分開”,那就需要繼續降低溫度,以使兩者之間的差別更加明顯,但當溫度過低之後,會導緻這兩種氘氣無法在普通狀态下凝固,那如何才能将它們“完全分開”呢?

這就需要一種非常特殊、複雜的技術,也就是通過改變外部環境的方式來“打破”目前這種“不相融”的局面,進而實作“完全分開”的效果,而這種技術就是我們口中說到的“稀釋制冷技術”。

筆者認為。稀釋制冷技術是一種高超的科學技術,它能夠為人類提供極低溫度的環境,讓我們在這種環境中,發現一些前所未見的科學現象,豐富我們的科學知識,對于發展量子科技也有重要意義。

在向稀釋制冷技術方向發展的道路上,我們也遇到了很多困難和挑戰,但中國科學家始終不斷向前,攻克各種技術難關,制造出世界上領先的稀釋制冷裝置,為量子計算機的研究和發展做出了重要貢獻。

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