IT之家 7 月 12 日消息 絕對(duì)零度是熱力學(xué)中的最低溫度,是粒子動(dòng)能低到量子力學(xué)最低點(diǎn)時(shí)物質(zhì)的溫度。絕對(duì)零度是僅存于理論的下限值,其熱力學(xué)溫標(biāo)寫(xiě)成 0K,等于攝氏溫標(biāo)零下 273.15 度(即?273.15℃)。
根據(jù)熱力學(xué)定律,絕對(duì)零度只可無(wú)限逼近、永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到。因?yàn)槿魏慰臻g必然存有能量和熱量,也不斷進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換而不消失。所以絕對(duì)零度是不存在的,除非該空間自始即無(wú)任何能量熱量。
據(jù)科技日?qǐng)?bào),中國(guó)科學(xué)院物理研究所自主研發(fā)的無(wú)液氦稀釋制冷機(jī)現(xiàn)成功實(shí)現(xiàn)了 10mK(絕對(duì)零度以上 0.01 度)以下極低溫運(yùn)行。這標(biāo)志著我國(guó)在高端極低溫儀器研制上取得了突破性的進(jìn)展。
IT之家了解到,物質(zhì)的溫度取決于其內(nèi)原子、分子等粒子的動(dòng)能。根據(jù)麥克斯韋-玻爾茲曼分布,粒子動(dòng)能越高,物質(zhì)溫度就越高。理論上,若粒子動(dòng)能低到量子力學(xué)的最低點(diǎn)時(shí),物質(zhì)即達(dá)到絕對(duì)零度,不能再低。
可見(jiàn)熱的德布羅意波(物質(zhì)波)波長(zhǎng)與絕對(duì)溫度的平方根成反比,因此當(dāng)溫度很低的時(shí)候,粒子物質(zhì)波的波長(zhǎng)很長(zhǎng),粒子與粒子之間的物質(zhì)波有很大的重疊,因此量子力學(xué)的效應(yīng)就會(huì)變得很明顯。
據(jù)稱(chēng),中科院物理所早在上世紀(jì) 70 年代末就研制成功了我國(guó)第一臺(tái)濕式稀釋制冷機(jī),實(shí)現(xiàn)了 34mK(零下 273.116 度,即絕對(duì)零度以上 0.034 度)的極低溫。
中國(guó)科學(xué)院物理研究所副研究員姬忠慶解釋道:“有別于傳統(tǒng)的依賴(lài)液氦輔助降溫的濕式稀釋制冷機(jī),無(wú)液氦稀釋制冷機(jī)無(wú)需液氦供應(yīng),樣品空間大,連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)且運(yùn)維方便,在最近十年迅速普及并成為市場(chǎng)主流”。
據(jù)悉,無(wú)液氦稀釋制冷機(jī)是目前可以買(mǎi)到的溫度最低的制冷機(jī),它不需要液氦輔助即可實(shí)現(xiàn)僅僅高于絕對(duì)零度 0.01 度的極低溫,可以為量子計(jì)算機(jī)芯片提供用于維持量子態(tài)必需的極低溫環(huán)境。
值得一提的是,稀釋制冷機(jī)可為量子計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行提供必要的極低溫環(huán)境。在當(dāng)下大力發(fā)展量子計(jì)算的時(shí)代,稀釋制冷機(jī)可謂是量子計(jì)算研究中極其重要的關(guān)鍵部分。
“目前,我國(guó)此類(lèi)儀器完全依賴(lài)進(jìn)口,是亟待攻破的關(guān)鍵核心技術(shù)。因此,研制國(guó)產(chǎn)無(wú)液氦稀釋制冷機(jī)迫在眉睫?!奔е覒c坦言。
面對(duì)新一輪量子科技競(jìng)爭(zhēng),中國(guó)科學(xué)院物理研究所團(tuán)隊(duì)歷時(shí)兩年半,終于實(shí)現(xiàn)了完全自主研制國(guó)產(chǎn)無(wú)液氦稀釋制冷機(jī),并在在 2021 年 6 月 24 日晚成功實(shí)現(xiàn) 10.9mK 連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,可滿(mǎn)足超導(dǎo)量子計(jì)算需要的條件,單沖程運(yùn)行模式可低于 8.7mK(絕對(duì)零度以上 0.0087 度),達(dá)到了國(guó)際主流產(chǎn)品的水平。
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