8.0
深览指数
科技虎嗅·返朴··AI 生成
一场关乎未来的新“冷”战
氦-3是稀释制冷机的核心工质，而稀释制冷机是超导量子计算获得毫开尔文级环境的唯一成熟商业方案。作者以从业者身份给出具体数字：全球稀释制冷机保有量2000—3000台，年需氦-3约3—5万升，而全球储备仅约10万升、年产量约2万升，供需缺口随时间必然扩大。文章梳理氦-3来自氚衰变的特殊供给链，并盘点绝热退磁制冷、片上隧穿制冷等替代路线，最终判断氦-3不会成为量子计算产业化的“阿喀琉斯之踵”，但中国建立商业氦-3产能是未来五年必须解决的问题。原文 ↗
核心观点
- ▍氦-3不会成为量子计算产业化的“阿喀琉斯之踵”，但中国必须尽快建立商业氦-3生产能力并加大替代极低温技术投入，未来五年是解决供需危机的关键窗口。
- ▍稀释制冷是当前满足超导量子计算毫开尔文级温度与制冷量要求的唯一成熟商业方案，而氦-3是稀释制冷机中具有不可替代性的核心工质。
- 01全球稀释制冷机当前年需求约500台、总装机2000—3000台，未来3—5年可能增至年需求800—1500台、总装机5000—8000台；对应氦-3年需求3—5万升并将翻倍，而全球氦-3储备约10万升、年产量稳定在2万升。
- 02氦-3主要来自氚衰变产物回收，全球仅美国和俄罗斯能对外供应；冷战结束后核武库缩减使氦-3供应趋于稳定，与量子计算带来的需求增长形成结构性矛盾。
- 03美国国家科学基金会2021年发布针对1K以下新型极低温制冷技术的指导意见，明确以应对氦-3供应短缺为目标；中国2024年《核技术应用产业高质量发展三年行动方案》将氦-3列为“加快形成稳定同位素生产能力”的重点任务，并将其列入两用物项出口管制清单。
- 04稀释制冷技术源于1951年海因茨·伦敦提出的氦-3/氦-4混合相变制冷设想，1960年代中期荷兰莱顿大学研制出首台稀释制冷机（约0.22K），此后最低可达2mK以下；薛其坤发现量子反常霍尔效应即在该设备中完成。
- 05替代路线中，绝热退磁制冷（ADR）已有德国kiutra等公司通过优化顺磁材料与多制冷源交替实现连续制冷，但距量子计算所需20mK以下极低温与足够制冷量仍有距离；热电子隧穿制冷与LED热泵等片上制冷技术仍处早期。
反方 / 局限
- — 作者承认短期内核聚变不仅不能缓解氦-3紧张，反而会因消耗氚而加剧；氦-3自给的前提是聚变能实现持续商业化，这是一个不确定且时间尺度很长的条件。
- — ADR等替代技术被作者寄望于未来五年内商业化，但文章同时指出其距20mK以下极低温与足够制冷量仍有明显差距，时间表与工程可行性之间存在张力。
- — 文章未讨论中国通过重水堆增殖氚并提取氦-3的具体成本、产能与建设周期，也未评估在出口管制背景下从美俄获取氦-3的现实可行性，这使“五年解决”的判断缺乏成本侧支撑。
15 分钟 · 5 卡片 · 6 资料
读原文 →