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10月22日，科创板上市公司广州禾信仪器股份有限公司发布了《关于筹划重大资产重组的停牌公告》，称公司正在筹划以发行股份及支付现金的方式购买上海量羲技术有限公司的控制权，同时募集配套资金。![]()
为什么这件事会在量子圈引起热议呢？原因就在于稀释制冷机能够提供10毫开尔文以下的低端条件环境，是超导量子计算机不可或缺的核心部件。而超导量子计算路线是中国乃至世界上技术最成熟、使用最广泛的量子计算路线。但是自2022年起，美国开始要求其盟友禁运量子计算机整机及核心部件，其中就包括稀释制冷机。此举已经严重阻碍了中国量子计算产业的发展！![]()
互补共赢、打破封锁
在当前全球科技竞争加剧的背景下，量子计算机等颠覆性技术和未来产业已成为国家发展的关键所在，所以保障量子计算机上游核心设备供应刻不容缓。对于处于量子计算机供应链上游的稀释制冷机相关企业而言，资本市场的赋能和扶持尤为重要。通过精准赋能，资本市场可以帮助这些企业突破关键核心技术，实现从实验室到市场的快速转化，进而推动整个行业的升级和结构优化。量羲技术是一家业内知名并被广泛认可的专注为量子科技提供上游核心硬件设备的科技企业，拥有一支国内十分少有的、已经在稀释制冷机等领域积累了十余年丰富技术经验、应用场景经验、市场经验和售后服务经验的团队，目前正不断突破关键核心技术，努力在关键领域实现自主可控。禾信仪器成立于2004年，是海外归国高层次人才创业企业、国家火炬计划重点高新技术企业，多年来加强自主创新，积极建设“禾信质谱产业化基地”、“粤港澳大湾区高端科学仪器创新中心”，集聚高端科学仪器优势产业资源，树立质谱仪器民族品牌，努力建设具有国际竞争力的高端质谱仪器制造企业。两家公司同属国产高端仪器设备厂商，都以国产化替代和解决卡脖子问题为己任，双方下游客户存在相似的行业属性，技术方面存在一定的互补性。本次交易如若获批，必将进一步推动我国量子计算上游核心设备的自主可控发展，增强国内量子计算领域的核心竞争力。通过整合双方优势资源，有望在稀释制冷机等关键核心技术上实现突破，减少对外部供应链的依赖，提升我国在全球量子科技竞争中的地位。事实上，量羲技术并非孤军奋战。在此，让我们一同回顾稀释制冷机的发展史，再看看中国的高校、科研院所、企业是如何力挽狂澜、浴火重生、打破全球技术封锁的。![]()
稀释制冷机的进化史
在吸附制冷、绝热退磁制冷、稀释制冷三种极低温技术中，稀释制冷因其最低温度可达几毫开尔文、可以长时间连续稳定运行、冷却功率较大、操作简单、电磁干扰小、性能稳定等优点而最为流行，被广泛应用于凝聚态物理、量子计算、纳米材料、天文观测等领域。![]()
图：稀释制冷机主要应用场景
根据预冷方式的不同，可将稀释制冷机分为两类，一类是使用He-4（氦-4）预冷的湿式稀释制冷机，主要用于对振动极端敏感的场景，比如扫描隧道显微镜，因为它们是用液氦预冷的，要求整体振动较小。另一类是基于脉冲管技术预冷的干式稀释制冷机，又称无制冷剂稀释制冷机、无液氦稀释制冷机，但它会对样品产生一系列振动。图：湿式稀释制冷机工作原理图
湿式稀释制冷机的历史可以追溯到1951年，当时H. London提出了一种新的冷却方法，即“利用He-3和He-4混合的熵”。简单来说，利用He-3和He-4混合液在不同温度下会发生相分离的特性，其中含He-3较多的相称为浓缩相，含He-3较少的相称为稀释相。当从稀释相中移走He-3时，为了保持两相平衡，浓缩相中的He-3会通过相界面进入稀释相，这个过程需要吸收热量，从而实现制冷效果。稀释制冷机通过外部抽气泵持续移走稀释相中的He-3，维持这一过程，使得系统能够持续制冷，达到接近绝对零度的极低温状态。十四年后，也就是1965年，T.P. Das等人建造了第一台稀释制冷机，并获得了220mK的温度。1966年，B.S. Neganov等人与H. Hall等人通过增加热交换器和混合室的传热面积，分别获得了56mK和50mK的温度。同年，Oxford Instruments公司与H. London合作，研制出第一台商用稀释制冷机。1978年，G. Frossatti等人通过具有自由流动通道的连续热交换器，将最低温度进一步降低到2mK。1987年，G.A. Vermeulen等人开发出最低温度为1.9mK的稀释制冷机。1999年，D.J. Cousins等人使用1台连续热交换器和15台银粉热交换器，使最低温度达到1.75mK，这也是迄今为止的世界纪录。图：稀释制冷机的最低温度演化。
来源：《Development of dilution refrigerators—A review》另一方面，直到1990年，P. Pari将两级Gifford-McMahon制冷机与He-4 Joule-Thomson制冷机相结合，将温度冷却到4K，干式稀释制冷机方才诞生。1993年，K. Uhlig和W. Hehn在Gifford-McMahon制冷机的第二级（10 K）和蒸馏器（0.7 K）之间使用了一个逆流热交换器，将进口He-3从10 K冷却到3K。自2000年以来，Gifford-McMahon型脉冲管制冷机能够提供4K甚至2.5K的预冷温度，并逐渐取代了Gifford-McMahon制冷机。![]()
稀释制冷机的市场需求
稀释制冷机被广泛应用于凝聚态物理、量子计算、纳米材料、天文观测等领域。比如，2012年，清华大学薛其坤课题组与中科院物理所吕力实验组合作，利用稀释制冷机将实验温度降至接近绝对零度的极低温，并最终观察到量子反常霍尔效应。![]()
图：量子霍尔效应、量子自旋霍尔效应、量子反常霍尔效应示意图。
来源：《The Complete Quantum Hall Trio》如今，随着量子计算机的快速发展，对稀释制冷机的需求也在水涨船高。根据iCV TA&K出品的《2024全球量子计算产业发展展望》报告，预计到2025年市场规模将达到61亿美元，2030年将达到2155亿美元，2035年将达到8117亿美元。如此惊人的增长速度也为稀释制冷机产业带来了新的增长点。![]()
图：全球量子计算产业规模（2021~2035）（单位：十亿美元）
然而，稀释制冷机市场长期被欧美垄断，中国的稀释制冷机严重依赖进口。随着量子计算的战略意义不断被大国认知，2022年，美国开始禁止对中国出口一系列用于量子计算的稀释制冷机，包括与其相关的一切零配件。此举旨在通过限制量子计算机的上游核心部件供应，来限制我国量子计算的发展。根据光子盒研究院的统计数据，2021、2022年中国分别进口了60、53台稀释制冷机；但到了2023年，进口加国产仅成交15台；再到2024年，已经彻底无法进口稀释制冷机。显然，中国面临供不应求的困境！不得不说，美国企图遏制中国量子计算发展的阴谋诡计确实给我国造成了不小的麻烦。![]()
图：《关于解决美国对受关注国家的特定国家安全技术和产品投资的行政令》![]()
国产稀释制冷机的涅槃重生
不过，车到山前必有路，中国的高校、科研院所和企业一起扛起了拯救中国稀释制冷机的大旗！其实，早在上世纪70年代末，中科院理化所冉启泽团队就开发出了湿式稀释制冷机，实现了34mK的极低温，甚至还将设备出口到美国。但当时为了创汇，卖到美国的稀释制冷机极为廉价，仅约5000美金。随着那一批研究团队成员的退休与离世，稀释制冷机的技术也逐渐“失传”。来源：阎守胜《莫让斯人随梦逝——记忆中的冉启泽》
在沉寂多年后，在美国要求全球禁运的大背景下，国产稀释制冷机的研制和开发得到快速发展，中国科大、安徽大学等高校，中科院物理所、中电科16所等科研院所，量羲技术、国盾量子、中船鹏力、合肥知冷、中科量仪、集焓科仪、格物致寒、本源量子等企业，以只争朝夕的态度和精神勠力钻研，陆续取得了很多振奋人心的进展。在最低温方面，已经成功获得了低于10mK的基础温度；在制冷功率方面，基本款已经达到了国际同等水平，大冷量大空间的产品也在加速成型中。解决卡脖子问题、自主可控的国产稀释制冷机的研制已经迈出了十分坚实的一步。由此可见，2024年无疑是稀释制冷机国产化元年，随着国产化厂商相继推出或交付各自的稀释制冷机产品，成功实现了稀释制冷机的国产化替代，保障了中国稀释制冷机的供应，守住了中国极低温设备的护城河！并且相比于国外动辄每台六百万到上千万元的昂贵造价，中国企业能够以更低价格提供国际一流水准的产品。只是冰冻三尺非一日之寒，我们需要清醒地认识到，我国在稀释制冷机方面的研制时间还很短暂，与国外在过去几十年发展过程中逐步摸索掌握的大量丰富经验相比，依然存在差距；在一些关键技术、关键工艺等方面仍需持续投入和摸索，不断迭代和发展；产品的标准化和性能的一致性仍待提高。对于超导量子计算机的应用而言，稀释制冷机的产品商用化、长期连续运转的稳定性和可靠性等方面有很严格的要求，大冷量及更大冷量机型的研制和发展也已经迫在眉睫，国产化设备厂商仍然面临着很大的挑战。同时，中国还面临稀释制冷机产能不足的问题。据光子盒研究院预测，在接下来的几年里，如仍按当前速度发展，中国的稀释制冷机市场将近乎以每年翻一倍的速度增长，但依旧难以填补往年及加下来几年的需求空缺。同时，2027年前后，全球量子计算机将迎来爆发式增长，如果稀释制冷机无法及时供应，届时将极大地阻碍中国量子计算机的进程。如何在短期内填补中国稀释制冷机的市场短缺，无疑是摆在各大稀释制冷机厂商面前的又一大难题！此番国内企业涅槃重生，自主掌握稀释制冷核心技术，标志着我国重新具备为量子计算等前沿研究提供极低温条件保障的能力，彰显出我国攻坚前沿技术、打破技术封锁的决心与实力。合则立,分则弃。国产稀释制冷机厂家更需要团结一心、相互协作、共同发展，一起为中国的高科技发展贡献自己的智慧和力量。![]()
自立自强方能科技自主
在全球化的今天，美国勾结盟友、倒行逆施，泛化国家安全概念，对中国实施技术封锁、产品禁运，妄想以这些手段堵住中国前行的道路。但很明显，这是搬起石头砸自己的脚！中国的高校、科研院所、企业无一不在用实际行动展示出自主研发的决心，以“咬定青山不放松”的毅力创造出一个又一个中国奇迹，这是对我国科技自立自强的有力证明，也是对国际技术封锁掷地有声的回击！道阻且长，行则将至，行而不辍，未来可期。我们相信，通过不懈努力和持续创新，中国企业将在稀释制冷机领域实现更多突破，向着更高目标不断迈进，为国家科技进步和全球科技发展贡献中国智慧和中国力量！[1]https://www.sse.com.cn//disclosure/listedinfo/announcement/c/new/2024-10-23/688622_20241023_TFYL.pdf[2]https://www.tofms.net/index.html[3]https://www.cas.cn/zt/kjzt/liangdianshaixuan2021_2/kjcxldcg/202107/t20210730_4800520.shtml[4]https://www.ahu.edu.cn/2023/0328/c15059a303670/page.htm[5]https://www.federalregister.gov/documents/2024/07/05/2024-13923/provisions-pertaining-to-us-investments-in-certain-national-security-technologies-and-products-in[6]https://www.science.org/doi/10.1126/science.1237215[7]http://www.wuli.ac.cn/cn/article/pdf/preview/30394.pdf![]()
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