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中国超导量子计算机突破关键设备,技术封锁就是用来突破的

作者:小美说科普

超导量子计算机进入量子时代,意味着我们能够解决很多无法被普通计算机解决的问题,比如人工智能、新材料、新药物、新能源等等。但想要让超导量子计算机稳定工作,就需要一个最先进的超低温制冷技术,而这种超低温制冷技术又令人望而生畏,那就是“稀释制冷技术”。

中国超导量子计算机突破关键设备,技术封锁就是用来突破的

不过,就在人们认为这项技术无法被突破的时候,中国科学家却用实际行动证明,技术封锁的局面是可以被打破的。他们从零开始攻克一个又一个无法逾越的难关,终于,在人们的期待中,一台全球领先的高科技装备,中国国产稀释制冷机顺利下线,它能够为我们的超导量子计算机提供极低温环境,创造无限的可能,让我们一起来看看这项技术牛在哪里。这也是一次科技的胜利。

一、核心技术背景。

量子计算机是一种运行速度极快,能够处理大量数据的超级计算机,它在解决各种复杂问题的能力上远远超过了传统计算机,比如解决通讯加密、药物设计、人工智能等相关的问题。人们一直对这种神奇的计算机充满了向往,而超导量子计算机,就是量子计算机的一种,它凭借着超导技术的材料,不仅拥有超快的运行速度,而且还能够在不影响工作的情况下进行海量计算。

不过,尽管超导量子计算机的“梦幻”指标一直吸引着人类的目光,但随之而来的超低温制冷难题也让人类感到头疼。超导材料在低温下才能够实现零电阻,也就是说只有在绝对零度临界点,才能够发挥其最佳性能,但要想让它保持在这个极低的温度中,就需要一个高效稳定的制冷设备。

中国超导量子计算机突破关键设备,技术封锁就是用来突破的

沉甸甸的难题一直被摆在了人们的面前,就好比玩游戏一样,刚刚升级的量子技术,又遇到了卡脖子的极低温制冷关卡,而其中最难的关卡无疑就是稀释制冷关,它是一种最先进的超低温制冷技术,只有通过这项技术,我们才能够让超导量子计算机成功稳定运行,但攻克这项关卡又是一件多么困难的事情呢。

二、稀释制冷技术。

稀释制冷技术是指利用氦3和氦4在极低温下的混合状态,通过流体热力学的规律来制造出超低温的环境,而要想实现这种极低的温度,就需要一个超级制冷设备,而这个设备就是我们口中说到的“稀释制冷机”。

稀释制冷机不仅可以制造“近乎临界”的温度,而且还能够在超低温度下,减少杂质的影响,保证超导材料最佳环境,并且在这种处于量子态的极低温环境下,人类可以观察到一些奇妙的量子现象,这不仅有助于我们深入了解量子世界,还能够帮助我们发现一些前所未见的科学现象,丰富我们的科学知识。

中国超导量子计算机突破关键设备,技术封锁就是用来突破的

稀释制冷技术看起来简单,但它要想在实际应用中发挥出最佳的效果,就需要一个复杂高效的设备来实现,包括稀释制冷机的各个部件,比如真空泵、换热器、屏蔽磁场等等,都需要具备先进的技术,而人类要想实现这样高端的设备,也需要综合运用机械、物理、化学等多种学科的知识,并结合先进的制造技术,才能研发出一台符合要求的稀释制冷机。

稀释制冷技术之所以如此难攻克,主要原因还在于它要想实现极低温环境,那就意味着要将氦气这种自然状态下就极为惊人的液化技术,再做到极致,而大家都知道,普通状态下,氦气就能够变成液体,而当温度继续下降时,氦气又会出现一些非常特殊的性质。

三、稀释制冷技术浅析。

在超低温环境下,氦3和氦4就会出现一种非常特殊的现象,它们会像油和水一样分层,但又不会像油水那样分开,而是会形成一种特殊的混合液态,这主要是因为在极低温度下,氦3的分子会比氦4更加活跃,导致它们之间产生一种“粘性力”,虽然两种氦气混合在一起,但并不是真正意义上的“混合”,而是一种“溶解”。

当我们将处于极低温环境中的氦3和氦4混合物进一步冷却,那么这些氦气就会形成一种独特的液态,它们会在同一容器中,表现出两种不同的状态,氦3会形成一层非常稠密的“液体”,而氦4则会形成一层相对稀薄的“液体”,而且氦3的液体会浮在最上方,而氦4的液体则会沉在最下方,这种特殊的分层现象非常容易让人们联想到“油”和“水”这两种不相融的液体。

但氦3和氦4两者之间又不是“完全分开”的状态,而是有一些“相互穿插”的情况,也就是说,我们只能“大致分开”它们,但无法做到“完全分开”,这也是为什么这种特殊的稀释制冷技术相对于其他技术而言,更加优越一些的原因之一。

中国超导量子计算机突破关键设备,技术封锁就是用来突破的

想要将氦3和氦4完全分开,而不仅仅是“大致分开”,那就需要继续降低温度,以使两者之间的区别更加明显,但当温度过低之后,会导致这两种氘气无法在普通状态下凝固,那如何才能将它们“完全分开”呢?

这就需要一种非常特殊、复杂的技术,也就是通过改变外部环境的方式来“打破”目前这种“不相融”的局面,从而实现“完全分开”的效果,而这种技术就是我们口中说到的“稀释制冷技术”。

笔者认为。稀释制冷技术是一种高超的科学技术,它能够为人类提供极低温度的环境,让我们在这种环境中,发现一些前所未见的科学现象,丰富我们的科学知识,对于发展量子科技也有重要意义。

在向稀释制冷技术方向发展的道路上,我们也遇到了很多困难和挑战,但中国科学家始终不断向前,攻克各种技术难关,制造出世界上领先的稀释制冷设备,为量子计算机的研究和发展做出了重要贡献。

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