科技日报记者 吴长锋
记者24日获悉，在中国科学院量子信息与量子科技创新研究院授权指导下，科大国盾量子技术股份有限公司（以下简称“国盾量子”）完成工程化开发的国产稀释制冷机ez-Q F1500首台正式下线。该设备单核心制冷量达1700微瓦，为我国后续千比特可纠错超导量子计算机的研制奠定基础。
稀释制冷机是构建超导量子计算机的关键核心设备。如果把量子计算芯片比作超级大脑，稀释制冷机就是守护它的“终极恒温舱”，不仅能够提供接近绝对零度（-273.15℃）的极低温环境，让大脑正常思考，还可配合屏蔽系统有效抑制电磁干扰和振动，为大脑打造绝对安静的“思考空间”。
随着芯片比特数从几十迈向数百、数千个，稀释制冷机需要实现更大制冷量。但目前商用单核心稀释制冷机的制冷量多在400至800微瓦之间，难以满足千比特超导量子计算机需求。国际通用做法是将至少两个核心单元并联，由于系统复杂度大幅增加，也对设备长期稳定运行构成挑战。
为此，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院联合国盾量子联合攻关，共同研制的ez-Q F1500仅采用单核心架构，在100毫开尔文温度下制冷量达1700微瓦，20毫开尔文温度下制冷量达48微瓦，低温极限可降至约5.42毫开尔文。
安徽省量子信息工程技术研究中心、国盾量子技术专家李旭博士告诉记者，研发团队历时两年，逐一攻克三大痛点：一是“冷量太少”，团队通过优化极低温换热器，提高换热面积和换热效率；二是“分布不均”，通过大量实验和有限元仿真，确定千比特量子计算各级温度层的冷量需求，针对性地进行系统设计；三是“空间不足”，通过与低温传输系统匹配设计，在有限内部空间内容纳了3600路低温测控线和超100个低温放大器。除核心性能大幅提升外，ez-Q F1500还采用了自主可控的软硬件架构，脉冲管制冷机、控温仪、极低温温度计等关键核心器件均实现国产化。
据了解，ez-Q F1500将于今年下半年启动交付。依托该单核心大冷量产品，我国千比特超导量子计算机不必再依赖多核心并联的权宜方案，在系统结构简化与制冷机长期可靠性方面可获得本质提升。
（国盾量子供图）
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