▶ 卢泽怡

　　杭州高新区（滨江）  供图

　　如果把量子芯片比作一个高速运转的超级“大脑”，那么极低温环境就是其“恒温舱”和“静音房”——屏蔽外界杂音，创造稳定工作的物理条件。脉管制冷机，正是提供这种极低温环境的关键装备。

　　近日，杭州高新区（滨江）的白马湖实验室研究员方凯带领团队创新采用单一气库技术路线，研制出制冷量达1.5瓦的脉管制冷机，并正式通过量产验证。

　　据了解，如同一台“超级冰箱”，脉管制冷机能够在45分钟内将环境温度降至4.2开尔文（一种热力学温度单位，0开尔文等同于绝对零度），即约零下269摄氏度的极低温。在这一温区，1.5瓦制冷量代表国际主流产品水平，而该设备的实际制冷量达1.8-2瓦，核心指标达到国际同类产品先进水平。

　　长期以来，脉管制冷及其机器核心组件技术是制约我国量子计算、精密仪器等产业发展的“卡脖子”难题。如今，这台可量产的“超级冰箱”将为极低温世界中的科研打造新的发展空间，成为量子计算、核聚变、高精度探测等前沿领域的装备底座。

　　2024年起，方凯把多年的理论研究积累与工艺经验投入到脉管制冷机设备的自主研发上。设计完成后，制造环节同样棘手。没有成熟经验可以参照，方凯团队遇到过各类稀奇古怪的故障。

　　例如，制冷机的核心部件回热填料是团队遇到的一个棘手问题：一层一层薄如纸的金属丝网，一台机器要用数千片。不同批次的原材料质量不稳定，丝网稍有不平整或不洁净，整机性能便大打折扣。实验早期，方凯和团队花一个下午时间，只能从5000多片丝网中手工筛选出2000多片合格品。

　　“国产化没有捷径。”方凯说，“必须从原材料到工艺的每一个环节都自己走一遍。”

　　造出样机，只是第一步。真正的考验在于，让设备告别实验室里“手搓”的精度波动，以稳定一致的品质批量走向生产线。

　　“从实验室样品到量产产品，工艺稳定性和长期可靠性是两道最大的坎。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。”在这一领域深耕30余年的浙江大学能源工程学院教授甘智华说。

　　为了解决一致性和批量稳定性问题，方凯团队反复进行结构迭代和工艺验证。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，剪切后的材料边缘残留毛刺。“肉眼未必看得见，但装在设备里，每一片差一点点，产品一致性就会有差异。”方凯说。最终，他们放弃了冲压方案改用切割工艺，才使得新版样品边缘光滑平整。

　　今年7月，方凯团队再次取得核心工艺突破，制冷机核心性能在处于4.2开尔文的低温环境时，能稳定提供1.8-2瓦的制冷量。这进一步提升了系统的性能冗余，使之成为一台可以稳定交付的工业级产品。这意味着中国团队不仅解决了“可行”问题，更在一定程度上攻克了“可复制”“可商用”的难题。