稀释制冷机：量子计算的低温基石与国产化突围
在量子计算、凝聚态物理等前沿科技领域，极低温环境是实现量子比特稳定运行的基础。稀释制冷机，作为目前唯一能够持续维持毫开尔文（mK）级极低温环境的核心设备，已成为全球高科技竞争中的关键基础设施，更是大国技术博弈的焦点之一。
1、技术原理与全球发展现状
稀释制冷机利用氦-3在氦-4超流体中的“稀释”过程吸热制冷，其理论于1951年由H. London提出，并于1965年实现首台原型机。经过数十年发展，传统稀释制冷机最低温度已达1.75 mK，并形成“湿式”（液氦预冷）与“干式”（脉管制冷机预冷）两种主流技术路线。
全球市场上，芬兰Bluefors和英国Oxford Instruments占据主导地位，两者通过与IBM、谷歌等量子计算头部企业联合研发，持续推动设备性能提升。例如，Bluefors的XLD1000型号在100mK温区可实现1000μW以上制冷量，支持100+量子比特系统稳定运行。2024 年全球稀释制冷机的市场总规模为 2.85亿美元，其中中国市场规模折算约为 2.8亿元人民币。预计2025年全球稀释制冷机10mK以下温区设备占比高达76%。
2、中国：从全面依赖到国产化突破
我国稀释制冷机产业曾长期受制于海外技术垄断与设备禁运。2022年起，美国逐步禁止对华出口稀释制冷机及相关零部件，至2024年实施全面禁运。2021、2022 年，中国分别进口了 60、53 台稀释制冷机；2023 年，根据市场公开数据，仅中标成交 4 台进口稀释制冷机；2024 年，中国已经彻底无法进口稀释制冷机。自 2023 年开始，已实际开始执行相关政策。
在倒逼机制下，国内研发体系快速响应，形成以科研机构与企业双轮驱动的国产化路径：
科研国家队引领技术突破：中国科学院物理研究所于2021年成功研制国内首套10mK无液氮稀释制冷机，其后长三角先进材料研究院将连续稳定运行温度推进至6mK，刷新国内最低温纪录。
企业实现工程化与量产追赶： 受技术壁垒、项目经验壁垒等行业进入门槛的阻碍，目前国内从事稀释制冷机行业的企业数量相对较少，主要竞争者包括量羲技术、合肥知冷、国盾量子、本源量子、中电科十六所、中船鹏力、中科量仪等，其中量羲技术以 30.77%市场占有率，位居国内第一，为国产稀释制冷机核心供给方。
2025年我国稀释制冷机行业重点企业市场占有率分析
资料来源：普华有策
稀释制冷机是量子计算领域的“黄金吊灯”：我国持续投入量子计算领域研发攻关，量子计算硬件设备需求持续增加。国外禁运政策颁布后，我国只能依靠自主研发满足稀释制冷机的市场需求，禁运政策为国内稀释制冷机及相关组件研发生产企业带来发展机遇。目前，中国量子计算相关的上游硬件设备及组件供应商基本均为国内企业。
3、产业瓶颈与自主化挑战
尽管国产设备实现从“0到1”的突破，但仍面临三大核心挑战：
核心部件仍依赖进口：脉冲管冷头、高精度温度传感器（如美国Lakeshore产品）、氦-3气体等关键部件与材料受海外断供制约，国产替代品在精度、稳定性方面仍有差距。
协同创新机制不足：国内企业多“单打独斗”，缺乏如Bluefors与IBM的深度协同模式，未能形成“产学研用”闭环。
应用场景局限与产能不足：设备主要用于科研与量子计算领域，尚未拓展至更广泛的产业场景。国内年产能仍难以满足未来量子计算机爆发式增长的需求。
4、未来路径：技术攻坚与生态构建
面向“十五五”规划与量子科技战略需求，我国稀释制冷机产业需从三方面构建自主能力：
关键技术攻坚：重点突破脉冲管制冷、低温换热器、测温控温系统等核心部件的自主研发，推动关键材料（如氦-3替代介质）与工艺的国产化。
构建协同创新体系：依托量子科技长三角产业创新中心等平台，推动企业、高校、科研机构开展“大兵团作战”，实现从研发到场景验证的全链条协同。
拓展应用与中试转化：通过首台套政策、政府采购等机制推动国产设备在材料科学、生命科学、深空探测等新场景中示范应用，建设中试平台加速技术迭代与产业化。
为满足量子计算的飞速发展，稀释制冷机正沿四大方向演进：
未来技术发展方向
资料来源：普华有策
这四大趋势共同推动稀释制冷机向更高效、可靠、经济的方向发展，为下一代量子计算机提供坚实的低温环境支撑。
稀释制冷机虽为小众高端装备，却是中国能否在量子时代掌握主动权的“隐形闸门”。从被迫断供到自主研发，其发展轨迹正是中国高技术产业在封锁中突围、在创新中成长的缩影。随着国产设备逐步实现从“并跑”到“引领”，中国量子计算的低温基石正被重新铸造——这不仅关乎科技自立，更关乎未来十年全球量子竞争的战略格局。
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