量子“心脏”爆发：2026稀释制冷机国产突围与新质生产力
目前，中国稀释制冷机行业已实现从“跟跑”到“并跑”的历史性跨越。随着《无液氦稀释制冷机》国家标准（GB/T 46756-2025）的发布及即将实施，行业正式迈入标准化、规范化发展新阶段。技术层面，国产无液氦机型最低温度稳定至3-5mK，制冷功率与振动控制指标达到国际先进水平，完全满足千比特级量子计算机需求。市场方面，在“新质生产力”政策驱动下，国产化率突破80%，基本实现整机进口替代，并形成百台级年产能。产业链上游氦-3提纯与核心脉管制冷机取得关键突破，供应链安全显著增强。应用场景正从传统科研向量子计算、量子传感等商业化领域快速拓展，中国已成为全球增长最快、最具活力的核心市场。
稀释制冷机行业发展前景与机遇
资料来源：普华有策
一、行业定义与发展历程
1、行业定义
稀释制冷机（Dilution Refrigerator）是利用氦-3（³He）和氦-4（⁴He）混合液在毫开尔文（mK）温区特有的相分离性质，通过连续循环的“稀释”过程吸收热量，从而提供10mK以下极低温环境的制冷设备。根据中国国家标准《无液氦稀释制冷机》（GB/T 46756-2025，2026年7月实施），该设备被明确定义为量子计算、极低温物理研究及高灵敏度探测器的核心关键装备。其核心价值在于能够长时间稳定维持接近绝对零度的环境，是超导量子比特保持相干性的必要条件，被誉为量子时代的“工业冰箱”和“心脏”。当前主流技术路线已全面转向无需消耗液氦的“干式”（无液氦）稀释制冷机，标志着行业从依赖稀缺资源的科研仪器向工业化标准装备的根本性转变。
2、发展历程
行业发展大致经历三个阶段：
首先是长期垄断期（2020年以前），全球市场由芬兰Bluefors、英国Oxford Instruments等少数欧美企业垄断，中国完全依赖进口，不仅价格高昂、交付周期长，且面临严格的出口管制风险，严重制约了国内量子科技的起步。
其次是技术突破期（2021-2024年），在国家“十四五”规划支持下，中国科学院物理所等单位于2021年成功研制出首台无液氦稀释制冷机，实现10mK以下运行，打破国外垄断。随后，本源量子、国盾量子等企业相继推出商业化产品，实现了从“0”到“1”的跨越。
最后是规模化与标准化期（2025-2026年），随着2025年中央经济工作会议强调“以科技创新引领现代化产业体系建设”，行业进入快车道。2025年底国家标准发布，2026年两会政府工作报告明确提出“加快量子科技等未来产业布局”，中国形成了从原材料到整机的完整产业链，产能达百台级，国产化率大幅提升，开始从“跟跑”转向“并跑”甚至部分“领跑”。
二、产业链总结及影响
1、产业链结构总结
稀释制冷机产业链呈现典型的“金字塔”结构，技术壁垒自上而下递增。上游为核心原材料与关键零部件，包括极度稀缺的氦-3气体、大冷量脉管制冷机（PTR）、极低温传感器、特种低温阀门、超导磁屏蔽材料及真空绝热材料等。这一环节决定了整机的性能上限和成本结构，尤其是氦-3的全球供应受限和高端脉管制冷机的技术门槛，曾是制约行业发展的最大瓶颈。中游为整机设计与系统集成，涉及超洁净装配、微漏率控制、电磁兼容设计及极低振动抑制等高难度工艺，是将上游部件转化为高性能产品的关键环节。下游则是应用场景，主要包括量子计算（超导路线）、凝聚态物理基础研究、天文探测（太赫兹探测器冷却）、量子传感（重力仪、磁力仪）以及极低温电子学等新兴领域。
2、上下游发展对该行业的影响
上游产业的突破是行业爆发的基石。近年来，随着中科富海等企业在国产大冷量脉管制冷机上取得重大进展，以及国内氦气提纯技术的提升，核心部件的“卡脖子”问题得到显著缓解。这不仅大幅降低了整机制造成本，缩短了交付周期，更从根本上保障了供应链安全，使得中国稀释制冷机产业不再受制于人。上游材料的国产化率提升，直接推动了中游整机性能的优化和规模的扩大。同时，下游应用的爆发式增长反向驱动了中游的技术迭代。特别是量子计算从实验室走向工程化，对制冷机的制冷功率、空间容量、稳定性提出了更高要求，迫使中游企业不断进行技术创新。而量子传感、天文探测等新场景的拓展，则为行业提供了多元化的市场空间，降低了对单一领域的依赖风险，推动行业向更成熟、更广泛的工业化阶段迈进。上下游的协同创新，正形成良性循环，加速中国在该领域的全球竞争力提升。
三、技术水平及特点
1、极低温获得能力与温区覆盖
当前国产稀释制冷机的核心技术指标已达到国际先进水平。主流商业机型可稳定实现3-10mK的基础温度，部分顶尖科研定制机型已突破至2mK以下，甚至在实验室环境下触及微开尔文（μK）量级，完全满足超导量子比特对极低温环境的苛刻要求。技术特点在于采用了优化的³He/⁴He混合室设计和高效的热交换器结构，显著提升了稀释过程的制冷效率。同时，通过多级预冷策略，实现了从室温到毫开尔文温区的平滑过渡，确保了降温过程的稳定性和可重复性。这种宽温区、高精度的控温能力，不仅服务于量子计算，也为拓扑材料研究、暗物质探测等前沿基础科学提供了不可或缺的实验条件。
2、无液氦技术与工程化便利性
“无液氦”（Dry/Dilution Refrigerator without Liquid Helium）是当前行业的标志性技术特征。传统“湿式”制冷机依赖昂贵的液氦预冷，不仅运行成本极高，且受全球氦资源短缺制约。现代机型采用高性能闭循环脉管制冷机（PTR）作为预冷源，彻底摆脱了对液氦的依赖。这一技术变革带来了显著的工程化优势：设备可实现“一键启动”，自动化程度高，无需专业人员频繁补充液氦；运行噪音和振动经过精密抑制，远低于传统机型，有效保护了量子比特的相干性；模块化设计使得运输、安装和维护更加便捷，大幅降低了用户的使用门槛和全生命周期成本。这使得稀释制冷机从少数专家掌握的“奢侈品”变成了可广泛部署的标准化工业装备。
3、智能化控制与AI融合
随着人工智能技术的发展，新一代稀释制冷机正深度融合AI算法。通过集成高精度传感器网络，系统能够实时监测温度、压力、振动等数千个参数。利用机器学习模型，设备可实现故障的早期预测与诊断，自动优化降温曲线和运行参数，显著提升系统的稳定性和能效比。例如，AI算法可根据量子芯片的热负载变化，动态调整制冷功率，避免温度波动对量子态的干扰。此外，远程运维平台的建立，使得厂家能实时响应全球客户的需求，提供在线技术支持和软件升级。这种智能化转型，不仅提升了用户体验，也为大规模量子计算机集群的集中管理和维护奠定了技术基础，是行业迈向成熟的重要标志。
四、竞争格局
1、全球寡头垄断与中国力量崛起
全球稀释制冷机市场长期呈现高度集中的寡头垄断格局。芬兰Bluefors凭借其在量子计算领域的先发优势和深厚的技术积累，占据全球市场份额的第一把交椅，尤其在高端商用市场具有绝对话语权。英国Oxford Instruments和荷兰Leiden Cryogenics紧随其后，分别在科学仪器综合服务和大型定制化装置领域拥有稳固地位。这三家国际巨头曾长期把控核心技术，对中国实施严格的出口限制。然而，自2021年中国实现技术突破以来，竞争格局发生深刻变化。以本源量子、国盾量子为代表的中国企业迅速崛起，凭借高性价比、快速交付和本地化服务优势，在中国国内市场实现了大规模替代，国产化率在2026年已超过80%。中国企业的崛起不仅打破了国际垄断，更开始向“一带一路”沿线国家输出产品和技术，全球竞争版图正从“单极主导”向“多强并立”演变。
2、差异化竞争与生态协同
当前市场竞争已从单纯的价格战转向技术性能、应用生态和服务能力的综合较量。国际巨头依托其全球销售网络和长期的品牌积淀，继续在欧美高端科研市场保持优势，并试图通过提供更完整的量子计算解决方案（如配套测控系统）来巩固地位。中国企业则采取了“全产业链协同”和“应用场景深耕”的差异化策略。例如，本源量子不仅制造制冷机，还自研量子芯片和控制系统，形成了闭环生态，能更好地理解并满足量子计算机的整体需求。国盾量子则依托其在量子通信领域的深厚积累，积极拓展量子传感等新场景。此外，国内企业间也形成了良好的竞合关系，在上游核心部件研发上协同攻关，在下游应用市场上错位竞争，共同做大中国市场的蛋糕，推动整个产业链的成熟与完善。
五、核心驱动因素
1、国家战略与政策强力支持
国家政策是推动行业发展的首要驱动力。从“十四五”规划将量子信息列为前沿领域，到2025年中央经济工作会议强调“大力发展新质生产力”，再到2026年两会政府工作报告明确提出“加快量子科技等未来产业布局”，一系列顶层设计为行业提供了明确的方向和强大的动力。政府通过设立专项基金、建设国家实验室、推动产学研合作等方式，持续加大对稀释制冷机等关键核心设备的研发投入。特别是《无液氦稀释制冷机》国家标准的即将实施，标志着行业进入规范化、标准化发展的新阶段，将进一步激发市场活力，引导资源向优势企业集中，加速产业化进程。
2、量子计算产业化进程加速
量子计算的商业化落地是稀释制冷机需求爆发的直接引擎。随着超导量子比特数量从几十位向千位、万位级迈进，对制冷机的制冷功率、内部空间和稳定性提出了指数级增长的需求。每一台大型量子计算机的部署，都意味着对一台甚至多台高性能稀释制冷机的刚性采购。全球科技巨头和初创公司在量子计算领域的激烈竞赛，直接拉动了对上游制冷设备的投资。中国作为全球量子计算研发的第一梯队，其量子计算机工程化项目的密集落地，为国产稀释制冷机提供了广阔的试错场和应用市场，推动了技术的快速迭代和成本的迅速下降。
3、供应链安全与进口替代迫切需求
在地缘政治复杂多变的背景下，关键核心设备的自主可控已成为国家安全战略的重要组成部分。稀释制冷机作为量子计算的“心脏”，其供应链安全直接关系到中国量子科技发展的命脉。过去对进口的过度依赖，使得中国在面对出口管制时处于被动地位。因此，实现稀释制冷机的完全国产化，不仅是经济问题，更是政治任务。这种强烈的进口替代需求，促使政府、科研院所和企业三方合力，攻克氦-3提纯、高端脉管制冷机等“卡脖子”环节，构建了独立自主的产业链体系，为行业的长远发展奠定了坚实基础。
4、新应用场景的不断涌现
除了量子计算这一核心驱动力外，稀释制冷机的应用场景正在快速多元化。在量子传感领域，基于极低温技术的高精度重力仪、磁力仪在资源勘探、国防安防、地下管网检测等方面展现出巨大潜力，有望打开千亿级的民用市场。在天文探测领域，下一代太空望远镜和地面射电望远镜对太赫兹探测器的冷却需求日益增长。此外，6G通信前沿研究中的极低温低噪声放大器、暗物质探测等大科学装置，也对稀释制冷机提出了定制化需求。这些新场景的拓展，不仅拓宽了市场边界，也降低了行业对单一应用领域的依赖风险，增强了产业发展的韧性和可持续性。
六、发展趋势
1、性能极致化与微型化并存
未来稀释制冷机将呈现两极分化的发展趋势。一方面，为了支撑更大规模的量子计算机，制冷机将向“更大、更强”发展，追求更高的制冷功率（如在100mK温区达到瓦级）和更大的内部装载空间，以适应数千乃至数万个量子比特的散热需求，同时温度下限将进一步向微开尔文逼近。另一方面，针对量子传感、便携式探测设备等新场景，制冷机将向“更小、更轻”发展，致力于开发桌面级甚至手持式的微型稀释制冷机，降低功耗和体积，使其能够走出实验室，应用于野外、车载、机载等复杂环境。这种性能极致化与应用微型化并存的趋势，将极大拓展技术的应用边界。
2、智能化运维与无人值守
随着设备部署数量的增加和应用场景的复杂化，智能化运维将成为标配。未来的稀释制冷机将深度集成AI大模型，具备完全的自学习、自优化和自愈能力。系统能够根据历史数据和实时工况，自动预测潜在故障并提前干预，实现“零意外停机”。远程监控云平台将允许用户在世界各地通过手机或电脑实时查看设备状态、调整参数，甚至由厂家专家团队进行远程诊断和修复。对于大型量子计算中心，群控系统将实现对数十台制冷机的集中调度与管理，大幅降低人力成本，实现真正的“无人值守”运行，提升整体运营效率。
3、绿色可持续与资源循环
面对全球氦资源日益紧缺的现状，绿色可持续发展将是行业的重要方向。未来的稀释制冷机将更加注重氦气的封闭循环与回收再利用，设计高效的氦气纯化与回收模块，将运行过程中的氦气损耗降至最低，甚至实现“零排放”。同时，设备本身的能效比（COP）将持续优化，采用更环保的制冷工质和节能设计，降低运行能耗。此外，行业将积极探索氦-3的替代方案或人工合成技术，从根本上解决资源瓶颈。这种绿色转型不仅符合全球碳中和的大趋势，也是保障行业长期稳定发展的必然选择。
4、标准化与模块化设计普及
随着《无液氦稀释制冷机》国家标准的实施，行业将进入标准化发展的快车道。统一的接口标准、性能测试规范和通信协议，将不同厂家的设备互联互通成为可能，促进量子计算生态系统的开放与融合。模块化设计理念将得到广泛应用，将制冷机分解为预冷模块、混合室模块、测控模块等标准单元，用户可根据需求灵活配置，大幅缩短定制周期和交付时间。标准化和模块化还将降低维修难度和备件成本，提升设备的可靠性和可维护性，推动稀释制冷机从“定制工艺品”向“标准工业品”的全面转型。
七、主要壁垒构成
1、核心原材料与部件的资源及技术壁垒
氦-3气体的极度稀缺性是行业面临的最大资源壁垒。氦-3主要来源于核武器拆解和核反应堆副产物，全球储量有限且分布不均，价格昂贵且波动剧烈。如何建立稳定的氦-3供应渠道和提高提纯效率，是制约产能扩张的关键。此外，大冷量脉管制冷机、极低温传感器、特种低温阀门等核心部件，涉及复杂的流体力学、热力学和材料科学知识，技术门槛极高。长期以来，这些部件的核心技术掌握在少数国际巨头手中，国内虽已实现突破，但在一致性、可靠性和极端性能指标上与国际顶尖水平仍有差距，需要长时间的工艺积累和数据沉淀才能完全抹平。
2、超精密制造工艺与工程经验壁垒
稀释制冷机的制造不仅仅是零部件的组装，更是一项极其复杂的系统工程。超洁净装配环境（百级甚至十级洁净度）、微漏率控制（漏率需低于10^-12 mbar·L/s）、极低振动抑制和电磁屏蔽等技术，对制造工艺提出了近乎苛刻的要求。这些工艺往往无法完全通过理论计算获得，而是依赖于工程师长期的实践经验积累和“know-how”。例如，如何在不引入额外热源和振动的情况下完成内部管路焊接，如何优化热交换器结构以最大化制冷效率，都需要大量的实验数据和试错成本。这种隐性的工程经验壁垒，使得新进入者难以在短时间内复制成熟企业的产品性能，构成了深厚的护城河。
3、人才短缺与跨学科协同壁垒
稀释制冷机研发涉及低温物理、机械工程、自动控制、材料科学、电子工程等多个学科的深度交叉。目前，全球范围内具备跨学科背景的高端复合型人才极度短缺。培养一名合格的低温工程师需要数年甚至十数年的时间，且必须经过大量实际项目的锤炼。此外，产业链上下游的协同创新也至关重要。从氦气提纯到传感器制造，再到整机集成，任何一个环节的短板都会影响最终产品的性能。构建一个高效协同、紧密合作的产业生态圈，需要政府、高校、科研院所和企业之间的长期磨合与信任建立，这本身就是一个巨大的非技术性壁垒，限制了行业的快速扩张。
北京普华有策信息咨询有限公司《“十五五”稀释制冷机产业深度研究及趋势前景预判报告》深度剖析稀释制冷机作为量子计算核心基础设施的战略地位。内容涵盖行业官方定义、从实验室到规模化量产的演进历程，以及上中下游全产业链协同效应。报告结合“十四五”收官与“十五五”规划建议，解读2025年中央经济工作会议及2026年两会关于未来产业布局的最新政策导向。重点分析无液氦技术突破、AI智能运维等新趋势，评估全球巨头与中国领军企业的竞争格局。报告严格依据官方公开数据阐述市场规模与国产化进程，揭示氦资源安全、核心部件自主可控等关键壁垒，为政府决策、企业战略及资本布局提供权威参考，展现中国在这一“卡脖子”领域实现高水平科技自立自强的宏伟图景。