促進量子技術發展新型制冷機可高效實現“極寒”溫度

　　據美國趣味科學網站27日報道，量子計算和天文研究方面的實驗通常要在接近絕對零度環境下進行，才能使最敏感的儀器免受溫度變化等因素干擾，這種溫度被稱為“極寒”（Big Chill）。但目前用來實現此類溫度的制冷設備昂貴且低效。

　　現在，美國國家標準與技術研究所（NIST）科學家研制出一種新型制冷機，將實現“極寒”溫度的速度提升了1.7—3.5倍。這一成果不僅有望節省大量能耗，而且能促進量子技術的發展。相關論文發表于最新一期《自然·通訊》雜志。

　　傳統家用冰箱通過蒸發和冷凝過程工作，驅動液體制冷劑通過一種名為“蒸發器盤管”的特殊低壓管道。制冷劑蒸發時會吸收熱量，冷卻冰箱內部，然后蒸發的冷卻劑通過壓縮機再變回液體。脈沖管制冷機（PTR）也是通過類似過程，但利用氦氣獲得了更好的吸熱能力。

　　科學家使用PTR制冷已有40多年。但NIST科學家指出，這種制冷機效率低下，僅在基本溫度（通常接近4開爾文）下才能獲得最佳性能。實現“極寒”溫度會消耗大量能量，而且需要很長時間。

　　在最新研究中，NIST團隊發現，調整壓縮機和制冷裝置的設計，可以提高PTR內氦氣的使用效率。他們的設計方案包括一個閥門，當溫度下降時，該閥門會收縮，防止氦氣浪費。結果顯示，改進后PTR實現“極寒”溫度的速度提高了1.7—3.5倍。

　　研究人員指出，這種制冷機每年可以節省2700萬瓦的電力，使全球能耗費用縮減3000萬美元，還能使“低溫地下罕見事件觀測站”（CUORE）的實驗耗時至少縮短一周。CUORE位于意大利，用于尋找罕見事件，如目前僅理論證實的放射性衰變形式。為了讓實驗設施得到更準確結果，背景干擾必須盡可能小。此外，由于量子比特非常敏感，需要將它們盡可能地與環境干擾隔離，因此新型制冷機也有助加快量子計算領域的創新。