量子计算的关键——稀释制冷机的垄断、禁运与国产化

如果你要在量子计算产业链上找到一个最关键、但最不被关注的节点，答案不是量子芯片，不是量子算法，而是一台需要把工作环境维持在比宇宙深空还冷100倍的设备。 它叫稀释制冷机。没有它，所有的超导量子芯片都是一块普通金属。

超导量子计算机里，最贵的部件不是量子芯片。

是冰箱。

准确说，是一种叫做"稀释制冷机"的设备。它的工作是把量子芯片冷却到接近绝对零度——比宇宙深空还要冷100倍的温度。没有它，量子芯片根本无法工作。

2022年，美国联合盟友把这台"冰箱"列入了对华禁运清单。

这是一个值得细究的决定。量子芯片很重要，但芯片禁运的逻辑大家都懂。把制冷机也列进去，说明一件事：美国清楚地知道，量子计算的命脉不只在芯片，也在那套让芯片活下去的极低温基础设施。

对于稀释制冷机，我们需要了解——它是什么、为什么重要、谁在全球掌控这个市场、禁运之后发生了什么、以及中国现在在哪里。

一、为什么量子计算机需要"极限冰箱"

要理解稀释制冷机的战略地位，先要理解超导量子计算机对温度的要求有多苛刻。

量子比特是量子计算机处理信息的基本单元。它能同时处于"0"和"1"两种状态（叠加态），这是量子计算的核心优势。但量子叠加态极其脆弱——任何热扰动，哪怕是极其微弱的热噪声，都会让量子态崩塌，信息随之丢失。

超导量子比特对温度的要求是：不超过30mK（毫开尔文）。

30mK是什么概念？绝对零度是-273.15℃，30mK相当于在绝对零度之上仅0.03℃。宇宙微波背景辐射的温度约为2.7K，比这个温度高了将近100倍。换句话说，超导量子计算机的工作环境，比外太空还要冷得多。

目前已知能持续稳定维持这个温区的设备，只有一种：稀释制冷机。

稀释制冷机的制冷原理依赖两种氦的同位素——氦-3和氦-4。将两者以特定比例混合，在低温下氦-3会自发地从富氦-3的"浓缩相"向贫氦-3的"稀释相"扩散。这个扩散过程会吸收热量，产生制冷效果，从而将系统温度推向毫开尔文量级。

这个原理最早由英国物理学家Heinz London在1951年提出，1964年在荷兰莱顿大学首次实验实现，1966年Oxford Instruments推出第一台商用产品。从提出原理到商业化，花了将近15年。

这不是一台"工程复杂的冰箱"，而是半个世纪物理研究和工程积累的结晶。技术壁垒就建立在这个时间维度里。

二、谁控制着全球市场：欧洲的垄断是怎么建立的

全球稀释制冷机市场，是一个典型的欧洲主导格局。

2024年全球稀释制冷机市场规模为3.54亿美元。从地区分布看，欧洲市场约1.47亿美元，占比41.4%；北美约1.15亿美元，占比32.4%；中国约0.58亿美元，占比16.3%。产品端，欧洲企业合计占据了超过85%的市场份额。

这个格局是怎么形成的？历史、技术积累、以及一个关键的市场判断。

• Bluefors（芬兰）——全球第一，后发先至

Bluefors成立于2008年，是这个行业里资历并不算深的玩家。但它做对了一件事：在量子计算还没有大规模爆发的时候，就提前把稀释制冷机的产品形态针对量子计算场景做了深度优化——更好的布线接口、更适合实验室操作的设计、更稳定的长期运行能力。

当谷歌、IBM、微软等科技巨头陆续押注量子计算，需要采购稀释制冷机时，Bluefors几乎成了默认选项。这个先发判断让它快速吃掉了市场。截至2024年底，Bluefors占据全球超70%的市场份额，是名副其实的行业龙头。

2026年3月，Bluefors发布了模块化低温平台（Modular Cryogenic Platform，MCP），方形设计、可拼接扩展、四面全开、低矮紧凑——面向大规模量子计算机的下一代架构需求。这个方向对理解整个行业趋势很重要，后面会详细说。

• Oxford Instruments（英国）——最老牌的玩家

Oxford Instruments是整个稀释制冷机行业的奠基者，1966年推出了全球第一台商用产品。它是牛津大学的科技孵化产物，背靠深厚的物理学研究传统。

如今，Oxford Instruments是市场第二大玩家，在科研机构市场有极深的客户积累，尤其在凝聚态物理、材料科学等基础科研场景中几乎是标配供应商。

• Leiden Cryogenics（荷兰）——精密制冷的源头

1964年，稀释制冷机的第一次实验实现就发生在荷兰莱顿大学。Leiden Cryogenics正是从这个传统孵化出来的公司，专注精密制冷，在对振动要求极为苛刻的科研场景中有独特优势。

• CryoConcept（法国）

背靠法国原子能委员会（CEA）的技术积累，主要服务法国及欧洲科研体系，有明显的国家研究院背景。

• FormFactor / Maybell Quantum（美国）

美国本土的量子制冷玩家，近年随着量子计算在美国的快速扩张而加速布局，是美国科技公司在本土供应链自主可控逻辑下的推动结果。

• Ulvac Cryogenics（日本）

在亚太市场有一定的客户基础，背靠日本Ulvac集团的真空与低温技术积累，主要服务于科研机构。

整体来看，这是一个技术壁垒极高、市场集中度极高、且长期被欧洲主导的小众高端装备市场。

进入壁垒来自三个层面：核心制冷原理的物理工程经验、关键部件（脉冲管制冷机冷头、低温传感器、稀有的氦-3气体）的供应能力，以及多年服务高端科研客户积累的系统调试与售后能力。

这不是一个靠砸钱和人才就能快速追赶的赛道。

技术积累需要时间。

三、禁运：一条数字叙述的故事

2022年，美国将稀释制冷机及相关零配件列入对华出口管制清单。

接下来发生的事，用三个数字说清楚：

1. 2021年，中国进口稀释制冷机60台。

2. 2023年，中国市场有据可查的进口成交仅4台。

3. 2024年，中国彻底无法进口稀释制冷机。

三年，从60到0。这条供应链被切断得非常彻底。

这对中国量子计算研究意味着什么？超导量子计算机无法在没有稀释制冷机的情况下运行。每一个想推进实验、每一个想做量子纠错、每一个想扩展量子比特规模的团队，都卡在了同一道门槛上。

禁运的逻辑很清楚：只要卡住制冷机，量子芯片造得再好也运行不了。这比直接封锁芯片研发更有效——因为它打的是量子计算的物理运行环境，而不是具体的某颗芯片。

面对这个局面，选择只有一个：自己造。

四、国产化的三年：从0到并跑

禁运倒逼出了中国稀释制冷机产业最密集的一段发展期。

• 科研国家队的技术奠基

故事从中科院物理所开始。

2021年，中科院物理所姬忠庆团队成功研制出国内首套最低温度达10mK以下的干式稀释制冷机，完全自主研发，打破了此前该类设备被国外垄断的局面。这是中国稀释制冷机国产化的起点。

随后，长三角先进材料研究院将国产连续稳定运行温度推进至6mK，刷新国内最低温纪录。

这两项科研突破，奠定了国产稀释制冷机的技术底座。

• 企业梯队的商业化追赶

从科研成果到可交付产品，是一段艰难的工程化旅程。但2023—2024年间，多家企业密集完成了这个跨越。

量羲技术是目前国内市场份额最大的企业，占有率约30.77%。团队在稀释制冷机领域有超过十年的技术积累，是国内最早完成商业化交付的玩家之一。

合肥知冷（知冷低温）由安徽大学孵化，位于合肥这个量子产业聚集地，背靠高校科研资源，产品化节奏较快。

中船鹏力超低温有中船重工体系的工程化能力加持，擅长大型装备制造，具备一定的规模化优势。

中科量仪由中科院物理所姬忠庆研究员依托科研成果转化组建，是把那批10mK技术突破推向产业化的核心团队。2025年3月，中科量仪在中关村论坛年会发布了"凌开一号"——国内首台模块化稀释制冷机，最低温度8.6mK，制冷功率超过1mW@100mK。

关于"凌开一号"有一个值得注意的时间节点：它的发布时间是2025年3月；而全球龙头Bluefors，直到2026年3月才发布自己的模块化低温平台。两者不约而同地选择了相同的技术路线——方形、模块化、面向大规模量子计算。在模块化这个具体技术方向上，中科量仪的产品时间上早了将近一年。

这是一个值得如实记录的事实，但不宜过度解读。中国在量子制冷领域有了全新的突破，但整体上还处于弱势，需要继续赶超。Bluefors的产品定义更完整，工程参数更详细（明确的模块规格、承重标准、端口数量），商业化节奏更快——这说明从"早发布"到"赢市场"，还有相当长的距离。

其他值得关注的新兴玩家还包括：本源量子（整机厂商自研制冷能力）、国盾量子（同上）、中电科十六所（国家队背景）、集焓科仪、格物致寒（近两年涌现的创业公司）。

整体来看，2024年是中国稀释制冷机国产化的元年——多家企业在这一年完成了首批商业交付，国产化率突破80%，基本实现了整机的国产替代，形成了百台级的年产能。

五、架构革命：稀释制冷机正在从仪器变成基础设施

理解国产化进展的同时，有必要看清楚行业正在发生的一个更深层的变化。

传统的稀释制冷机是圆柱形的一体化结构——所有的制冷模块、布线接口、真空腔体集成在一个不可拆分的整体里。这个设计在量子比特数量较少（几十到几百个）时没有问题，但当量子计算朝着数千乃至数万量子比特演进，问题出现了：

一体化结构无法渐进式扩展，想增加制冷量或实验空间，往往需要更换整套系统；冷却单元和测量布线深度耦合，牵一发而动全身；随着量子计算进入数据中心部署，设备需要更低的高度、更紧凑的占地、与传统服务器架构兼容的标准化形态。

这就是为什么Bluefors和中科量仪不约而同地选择了模块化方向。

模块化稀释制冷机的核心逻辑是"搭积木"：每个模块可以独立运行，也可以通过拼接组成更大的系统；布线模块和制冷模块相互分离，可以分别升级；方形设计允许从多方向接入维护，多模块拼接后内部形成连续的大空间。

这个方向变化意味着稀释制冷机正在从"科研仪器"演变为"量子计算基础设施"。它的客户，从高校和科研院所，延伸到数据中心运营商和量子计算云服务提供商。市场的量级会随之改变。

目前稀释制冷机在量子计算领域的应用占比约53%，预测到2035年这一占比将超过90%。这个数字背后，是下游量子计算产业规模从2025年的约61亿美元向2030年约2155亿美元的跃升对上游制冷设备产生的拉动。

六、仍然存在的短板

客观地说，国产化的成果不应被过度渲染。整体来看，中国在量子科技领域（包括制冷机在内）与美欧的差距在三五年间。制冷机方向上，整机的国产替代基本完成，但产业链仍有三个核心的卡脖子环节尚未完全解决：

氦-3气体。稀释制冷机的制冷原理依赖这种极为稀缺的同位素，全球供应高度集中，主要来源于核反应堆的副产品。中国的氦-3提纯技术已有进展，但在供应量和纯度稳定性上仍存在风险。

高端脉冲管制冷机冷头。这是稀释制冷机的一级预冷核心部件，决定了系统能否可靠地在4K温区稳定运行。国产替代品在精度和长期稳定性上，与美国Cryomech、日本住友等顶级产品仍有差距。

高精度温度传感器。美国Lakeshore的低温温度传感器是全球科研标准，精度和可靠性暂无国产替代品能完全对标。在极端低温环境下，温度测量的精度直接影响整机性能。

除技术短板外，还有一个体系层面的差距：国内企业目前基本各自为战，缺乏像Bluefors与IBM之间那种深度协同的"产学研用"闭环。Bluefors能快速迭代产品，很大程度上依赖与顶级量子计算用户的长期紧密合作——用户的需求直接驱动产品演进。这种生态层面的协同能力，是中国稀释制冷机产业目前相对薄弱的一环。

在市场份额上，2024年中国企业合计仅占全球约13.74%，与中国在量子计算研发上的规模和投入不相称。这个缺口，也是国产企业未来的成长空间。

七、结语

稀释制冷机是量子计算产业链里一个典型的"沉默关键节点"——存在感不强，但一旦断供，整个产业链就运转不了。

从2021年中科院物理所的第一台10mK国产样机，到2024年国产化元年的多家商业交付，中国用不到四年时间完成了整机层面的国产替代，这个速度是实实在在的。

但"造得出"和"做到最好"之间，仍有相当距离。上游核心部件的卡脖子问题没有完全解决，工程化生态的协同能力有待建立，全球市场份额与科研投入规模之间的落差依然明显。

这个赛道的故事，还没到可以收尾的时候。