中国突破超低温制冷技术，和绝对零度相差0.01度，它有什么作用？

你知道宇宙最低温度是多少度吗？

地球南极的最低温度是零下54度，普通生物在这里难以生存。冥王星的地表温度为零下200度，这颗星球上的空气被全部冻结。

布莫让星云

距离地球5000光年的布莫让星云，温度低至零下272度，是已知外太空最冷的地方。不过这仍然不是宇宙可以达到的最低温度。

宇宙最冷的地方，曾在美国桑迪亚国家实验室，物理学家们让温度达到了零下272.59度，它曾是已知宇宙的最低温度。

那么这种超低温是如何获得的呢？

科学家从微观世界给出了答案，宇宙万物都是由粒子组成的，它们时时刻刻都在做无规律的运动，速度越快，该物体的温度也就越高。

当物体的粒子彻底静止时，它的温度会下降到一个极限值。也就是零下273.15摄氏度。

但绝对零度是不可能达到的。

因为运动是物体的普遍属性，绝对静止的物体至今还没被发现，只能无限接近绝对零度。

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现代实用制冷技术一般可以分成三大类，第一类是基于气体动力学，将热量持续地从低温端抽出，比如用电冰箱冷冻储存食物，或者用空调制冷降温，这些制冷需要用压缩机实现。

第二类是利用某些化学和物理现象，例如热电效应、顺磁效应、隧穿效应。比如某款饮水机采用电子制冷，基本原理就是温差热电效应。

最后一类是直接采用低温剂制冷，比如往啤酒里丢冰块。

液氮制冷剂技术

一般根据需要采用不同的制冷手段，自从空气液化技术和杜瓦技术成熟后，将氮气液化作为制冷剂，成为一种非常便捷实用的制冷技术。

加上氮气是空气中的主要成分，液氮目前的成本已经比矿泉水还便宜。而且氮气有化学惰性，可以直接和生物组织接触，就算立即冰冻也不会破坏生物活性。

在中科院物理所的科技开放日上，有一个网红科学小实验，把活体小金鱼放入液氮冻成冰疙瘩，然后放入常温的水中解冻，这条小鱼立刻就恢复了活力。

所以液氮的用途十分广泛，它可以迅速冷冻食品，比如我国进口的马来西亚榴莲，还可以保存活体组织，比如生物样品以及精子和卵子的储存，甚至还可以治疗一些皮肤病，其原理是利用低温迅速杀死病区细胞。

液氮技术用于人体冷冻。

詹姆斯·贝福德是上个世纪中期的美国首富，但是不幸患上了癌症，他认为癌症在未来是可以被治愈的。

恰好当时有一位电工名叫罗伯特·艾廷格，正在研究液氮冷冻技术，这给贝福德带来了希望。

他给这位电工赞助了10万美元，并和艾廷格签下冷冻自己的协议，并约定在50年后再解冻，利用现代科学技术将自己复活。

1967年，贝福德病逝于癌症，艾廷格如约对他进行了冷冻，不过如今已过去54年，贝福德依旧被冰封在铁盒子里。

现在的科学技术无法让人死而复生，癌症依旧是困扰人类的疾病，而且液氮只有零下196度，细胞分子在这个温度下仍会缓慢运动。

有运动就代表生命在随时间流逝，除非把温度降低到绝对零度，才有机会把生命彻底冻住，甚至冻住时间。

液氢、液氖、液氦

虽然绝对零度只存在于理论中，但是人类在这半个世纪以来，一直在低温技术领域追求极致，早期冷媒用得较多的除了氮气，还用到了氢气、氖气和氦气。

如今液氢和液氖已退出了制冷剂的舞台，毕竟这两气体实在过于危险。

就拿氢来说，氢有着极为活泼的化学属性，可以说是一点就燃一燃就炸，氢在常温下遇到一点火星，就会发生反应并释放热量。

1936年3月4日，德国兴登堡号飞艇正式运营，它是世界最大的氢气飞艇，长约245米重约110吨，内部有16个巨型氢气囊，可以连续在空中飞行200个小时。

1937年5月6日，兴登堡号飞往美国新泽西州，在着陆过程中突然起火爆炸，飞艇坠落后被完全烧毁，最终造成97名乘客和35名机组人员遇难。

整个过程不到一分钟，事后调查表明，恶劣天气导致飞艇外皮存在静电，电火花将漏气的飞艇引爆。

科学家经过实验测定，氢气的爆炸极限宽到让人绝望，在空气里的浓度达到4%到98%之间

遇火都会发生爆炸，所以各位家长千万不要让小朋友玩氢气球。

兴登堡号事件后，人们不但对飞艇失去了兴趣，也慢慢退出了制冷剂领域，液氮和液氦是目前最主要的制冷剂，液氦是制造超低温的神器。

它可以达到零下253度，至零下271度的制冷范围，当温度低至零下271度时，液氦将变成超流氦，出现液氦沿着杯壁流出杯子外的奇特现象。

那么追求极限低温有什么作用呢？

在日常生活上用不上超低温制冷技术，但它能推动许多科技的进步，包括材料科学研究、粒子物理和凝聚态物理，甚至是天文学上都能发挥作用。

而它在商业领域的最大用途，就是冷却量子计算机的芯片，量子计算机依靠量子叠加态作为运算基础，能实现体积缩小和算力的爆炸式提升，它必将成为人类最强大的计算机。

2019年12月，美国商务部一份文件指出，未来将限制出口稀释制冷机，给美国在量子计算机领域的竞争对手，这其中就包括中国。

稀释制冷机一旦被限制，对量子计算机的研究，中国将会面临重大挑战。

稀释制冷技术

它是目前能实现mk级制冷的三大方式之一，除此之外还有绝热去磁制冷和吸附制冷，其中只有稀释制冷机能达到10mk以下的制冷。

所以它已经成为量子计算机的标配，想要研制量子计算机，就必须先设计一套制冷设备，给量子芯片冷却降温。

我国虽然在量子计算机的理论领域是领先的，但是不突破稀释制冷技术，始终面临被卡脖子的风险。

在上个世纪70年代，我国物理学家冉启泽研制出湿式稀释制冷机，但遗憾的是，此后再无人从事相关研究，我国长时间处于技术断层和研究空白，所需的稀释制冷机全靠从欧美进口。

为了摆脱欧美的技术垄断和封锁，我国必须突破稀释制冷机技术，终于在2015年，中科院首次实现了零下253度的超低温，不过这只是欧洲20多年前的技术，要突破就要来个彻底突破。

今年7月，中科院再次取得重大成果，其自主研发的无液氦稀释制冷机，达到了零下273.1391度低温，仅仅比绝对零度高出0.01度，甚至打破了美国保持的世界纪录。

21世纪虽然大体上是和平的，但是在科技领域的竞争从没有停止过，从光伏产业到新能源汽车，从芯片制造再到量子计算机，我们的科技工作者都在努力走出属于自己的路。