杭州造出可量产“超级冰箱”，核心指标达到国际同类先进水平

　　杭州又多了一种可量产的“超级冰箱”。6月25日，白马湖实验室方凯团队制造的国内首台采用单一气库技术路线实现1.5瓦以上制冷量的脉管制冷机，正式通过量产验证。

　　液氦温区脉管制冷机，被称为能制造出逼近绝对零度（-273.15 ℃）的“超级冰箱”，可广泛用于量子计算机、医用核磁共振成像设备、半导体工厂以及可控核聚变装置等场景中。但长期以来，脉管制冷技术和机器核心组件被国外垄断，成为制约我国高端产业发展的“卡脖子”环节。方凯团队重点攻克了国产液氦温区脉管制冷机的设计难点和工艺定型问题，使设备可在45分钟内降至4.2K（约-269 ℃）的极低温，制冷量达到1.8至2瓦，核心指标达到国际同类产品先进水平。这一温度足以维持超导材料的零电阻状态，也能让原本“躁动不安”的量子比特免受热噪声干扰，安静、持续地进行计算。

　　“脉管制冷机最大的研发、生产难点，就是批产良率和性能的长期稳定性不足，只能一台一台调试，难以量产。业内公认，哪支队伍解决了量产问题，哪支队伍就在这一领域走在了世界前沿。”国际低温制冷机会议委员会原委员、浙江大学能源工程学院教授甘智华表示。

　　国产液氦温区脉管制冷机。受访者供图

　　在白马湖实验室内，记者见到了这台“超级冰箱”。它主要由压缩机、旋转阀和冷头三部分组成。其中，旋转阀是关键部件，控制着循环气流相位和流向。小巧的金属阀体上排列着近20个孔洞，位置分布看似随意，却很有讲究，最精密处的加工误差不可超过0.005毫米，相当于头发丝的二十分之一。“旋转阀里每个流道的走向、每个孔洞的位置，都是我和团队一点点推敲出来的。通过流道与气孔配合，可以让不同区域的气团协同运动，改变气体相位差，从而实现制冷。”方凯说。

　　设计完成后，制造环节同样棘手。由于国内缺少成熟供应商，外购部件常达不到实验要求，团队不得不自己动手改进工艺。方凯回忆，他们曾从数千片薄如纸片的金属丝网中，一片一片手工挑选合格的回热填料。就这样，经过对原材料和工艺各环节的严格把控，今年3月，设备在实验室完成性能验证，制冷量、降温速度、功耗等指标均达到国际先进水平，而成本仅为进口设备的三分之二。

　　同时，团队反复进行结构迭代和工艺验证，解决一致性和批量稳定性问题。测试中他们发现，丝网片工艺定型不稳定是主要“瓶颈”。原来的方案采用模具冲压，边缘被物理压碎后会残留毛刺。“这会导致产品一致性有差异。”方凯说。他们放弃了冲压方案，改用切割工艺，使得新版样品边缘光滑平整。实现这一关键突破后，按照规划，一年可生产50至100台成品。