2025稀释制冷机研究报告——量子芯片的冷峻守护者
文末点击“阅读原文”，获取报告全文！
量子计算角逐催动稀释制冷机技术革新，全球市场格局因中国突破加速重构。
自2019年谷歌高调宣布实现“量子优越性”以来，量子计算产业迅猛发展、百花齐放。仅最近半年内，便有多款量子处理器问世，例如，IBM的Heron_R2、Google的Willow、中科大的祖冲之三号、Rigetti的Ankaa-3、Xanadu的Aurora、Microsoft的Majorana 1、PsiQuantum的Omega、Amazon的Ocelot、Equal1的Bell-1等。
然而，表面欣欣向荣，背后却暗流涌动。早在2022年，美国为了遏制中国的量子计算发展，便联合欧洲国家对中国实施禁运政策。除了量子计算机本身，还逐渐将禁运范围扩大到整个上游核心设备与组件。稀释制冷机作为一种能够为量子芯片提供极低温工作环境的核心设备，自然逃不掉欧美国家的技术封锁。
2025年3月25日，美国商务部以“以获取或试图获取美国原产物品，支持提高中国的量子技术能力，鉴于量子技术的军事应用，对美国国家安全产生了严重影响”为由，将赛澔(上海)仪器、赛澔(香港)仪器、安徽科华贸易、重庆航伟光电、重庆西南集成电路、东方国科、北京飞斯科7家实体列入出口管制实体清单，其中包括2家稀释制冷机公司。
但中国并不会任人宰割，在被欧美禁运的同时，中国的稀释制冷机企业顺势开展技术攻坚，仅用两年时间，便实现了性能与产能的双重突破！最终，在2024年，中国迎来了稀释制冷机的国产化元年，保障了国内量子计算发展的需求，也改变了稀释制冷机的全球市场格局。
近日，全球前沿科技咨询公司ICV发布了“Global Dilution Refrigerator Report 2025”（2025全球稀释制冷机报告），作为量子产品系列报告之一，该报告旨在全面梳理稀释制冷机的发展历程、当前现状及未来趋势，重点探讨其在量子领域的应用前景与挑战，并对全球主要企业和研究机构的最新动态进行详细分析。
在产品层面，稀释制冷机分为干式与湿式两种类型，主要被应用于凝聚态物理、量子计算、纳米材料、天文观测等领域。相比之下，尽管使用氦-4预冷的湿式稀释制冷机的诞生年份远早于基于脉冲管技术预冷的干式稀释制冷机（又称无制冷剂稀释制冷机、无液氦稀释制冷机），但目前干式稀释制冷机因其操作简单、运行成本低、连续运行时间长等优势，获得了市场更多的青睐。
在市场方面，全球稀释制冷机顶尖企业主要集中在欧洲，其次是美国、加拿大、中国等国家。其中，芬兰Bluefors公司作为后起之秀，看到了量子计算机加速发展所带来的增量前景，率先推出了适配量子计算机的稀释制冷机，截止2024年末，抢占了全球超70%的市场份额。
此外，随着这几年量子计算竞赛愈演愈烈，美国为了遏制中国量子计算的快速发展，要求其盟友禁止向拥有广阔市场的中国，销售稀释制冷机。在此背景下，近年来中国成立了多家专门从事稀释制冷机研发制造的初创公司，随之改变了中国乃至世界的稀释制冷机的市场格局。
未来，为了更好地适配量子计算机的需求，稀释制冷机将朝着更大的样品空间、更大的制冷功率、更小的振动幅度、更小的温度涨落、更长的运行时间、更低的基础温度的方向发展。
光子盒针对报告内容进行了深度提炼，精选出核心观点以帮助读者快速把握关键信息（完整分析请参阅ICV稀释制冷机报告全文），在系统梳理报告的基础上，进一步延伸研究视野，针对国内稀释制冷机产业，结合行业前沿动态，展开进一步的研判分析，旨在对稀释制冷机在国内的演进路径和发展前景作出展望。
报告亮点速览
|
从实验室到商业化，量子计算引领稀释制冷机发展潜力
自1965年首台稀释制冷机诞生以来，稀释制冷机凭借其独特的制冷原理与卓越的低温性能，成为科学家们探索未知极低温世界的有力工具，不断助力科研取得突破。
目前，稀释制冷机早已从理论研究与实验验证阶段过渡至商业化与实际应用阶段。在此过程中，稀释制冷机技术经历了快速迭代。首先是使用氦-3预冷的湿式稀释制冷机：
-
1951年，H. London提出了一种“利用He-3和He-4混合的熵”的冷却方法。
-
1965年，T.P. Das等人建造了第一台稀释制冷机，并获得了220 mK的温度。
-
1966年，B.S. Neganov等人与H. Hall等人通过增加热交换器和混合室的传热面积，分别获得了56 mK和50 mK的温度。同年，Oxford Instruments公司与H. London合作，研制出第一台商用稀释制冷机。
-
1978年，G. Frossatti等人通过具有自由流动通道的连续热交换器，将最低温度进一步降低到2 mK。
-
1987年，G.A. Vermeulen等人开发出最低温度为1.9 mK的稀释制冷机。
-
1999年，D.J. Cousins等人使用1台连续热交换器和15台银粉热交换器，使最低温度达到1.75 mK，这也是迄今为止的世界纪录。
其次是使用Gifford-McMahon（GM）制冷机预冷的干式稀释制冷机：
-
1990年，P. Pari将两级GM制冷机与He-4 Joule-Thomson制冷机相结合，将温度冷却到4 K，干式稀释制冷机方才诞生。
-
1993年，K. Uhlig和W. Hehn在GM制冷机的第二级（10 K）和蒸馏器（0.7 K）之间使用了一个逆流热交换器，将进口He-3从10 K冷却到3 K。
-
2000年以来，GM型脉冲管制冷机能够提供4 K甚至2.5 K的预冷温度，并逐渐取代了GM制冷机。
产品丰富，满足各种需求
稀释制冷机的发展，可分为理论研究探索阶段、实验室样机演示阶段、基础研究探索阶段、小规模工业应用阶段和大规模工业应用阶段五个阶段。从当前发展趋势来看，由于未来稀释制冷机的主要增长点源于量子计算，因此其发展轨迹与量子计算机大体相同。
目前，稀释制冷机的产品众多，多以干式稀释制冷机为主。根据制冷功率、占地面积、样品空间等参数，可将产品分为多种型号。例如，各公司常见的400系列与1000系列产品就是根据制冷功率进行分类，这里的数字代表在100 mK温度下的制冷功率为400 μW或1000 μW。
欧洲领航，亚太崛起，未来十五年见证稀释制冷机全球增长新浪潮
从市场角度来看，稀释制冷机目前处于匀速增长阶段，市场信心正在不断增强。在量子计算被广泛关注之前，稀释制冷机的市场复合增长率约为8%。然而，随着超导量子计算的快速发展并成为量子计算主流技术路线之一，其对于稀释制冷机的需求开始水涨船高。
ICV预计，量子计算将在2027年左右进入爆发增长期，届时稀释制冷机有望随之迎来一轮快速增长。报告中显示，2024年全球用于量子计算领域的稀释制冷机的总规模约占10mK稀释制冷机市场的53.36%，而到2035年，这一占比将有望达到92.73%，2024至2035年的年复合增长率达27.19%。
从地区角度来看，受禁运的影响，2023年全球稀释制冷机市场份额集中在欧美。禁运政策虽切断了对华出口渠道，但由于其本土市场需求旺盛，因此可以在短期内迅速弥补出口缺口。而中国稀释制冷机产业在欧美禁运和自身产能不足的双重困境下，曾面临巨大挑战。由于此前中国稀释制冷机长期依赖进口，因此在禁运后，中国的产能在短期内难以满足市场的迫切需求，致使市场供需关系严重失衡，导致在2022年和与2023年，中国的稀释制冷机市场规模出现了急剧下滑。与此同时，中国多家机构意识到了稀释制冷机自主可控的重要性，因此迅速加大在稀释制冷机研发与生产领域的投入。
到了2024年，中国电科16所、量羲技术、知冷低温、中船鹏力超低温、中科量仪、集焓仪器、格物致寒、国盾量子、本源量子等多家中国稀释制冷机企业取得了技术突破，打破了封锁，实现了性能与产能的双重飞跃。例如，
中国电科16所自主研发的大功率稀释制冷机（XS1000型）最低温度达到10mK以下，制冷量实现1100uW@100mK，可应用于数百比特超导量子计算系统，各项指标均达到国际先进水平。
量羲技术推出了1000μW大冷量无液氦稀释制冷机，可以搭载超过1500路高密度射频测量线路及与之匹配的高密度滤波、衰减模组等，向用户提供了更大规模的极低温、大冷量和极微弱信号测量的整体解决方案。
中国知冷低温推出的ZL-DR400型极低温稀释制冷机，其连续运行最低温度7.45mK，制冷功率650μW @100mK，多项指标位于中国国产、商业化、批量生产的稀释制冷机的前列。
中船鹏力超低温KDDR-1-400稀释制冷系统采用自研GM制冷机，搭载自研减振换热腔体，结合全焊接稀释单元，整体高度集成化，能够为样品区提供<20 mK的低温环境以及>400μW@100mK的制冷量，同时保证<1μm的振动水平。
国盾量子推出量子计算机稀释制冷机ez-Q Fridge，在交付客户后完成性能测试，实际运行指标达同类产品国际主流水平，打破了欧美在该领域的技术封锁。
上述这些重要进展无一不是在宣告，中国稀释制冷机国产化元年到来了！
但是从整体的市场份额来看，2024年，中国稀释制冷机企业仅占据了全球13.74%的市场份额，尚未恢复到应有的市场水平。
目前，整个稀释制冷机产业都在借着量子计算的东风扶摇直上。近两年内，稀释制冷机初创公司通过不断融资，地区组织通过设立项目，从而实现公司的发展，保障国家的利益。
从融资角度来看，欧洲国家的稀释制冷机企业成立时间大多较早，并利用先发优势占据了绝大部分市场份额，因此近期无需融资。北美为保障稀释制冷机供应，也在推动本国稀释制冷机发展。中国受禁运影响，成立的稀释制冷机公司多为初创企业，亟需通过融资扩大生产、升级技术。因此，2023-2024年的5笔融资活动均来自北美和中国。
从政策角度来看，欧洲为保障稀释制冷机供应，摆脱美国的控制，确保自身上游独立自主，也开展了稀释制冷机项目的联合研究。例如，欧洲10国与加拿大于2024年8月开启了名为ARCTIC的研究项目。该项目是欧洲首个芯片联合承诺项目，旨在缩小量子比特研究与接口控制机制之间的差距，开发用于量子处理器的可扩展低温ICT微系统和控制技术，并建立起完整且全面的欧洲低温光子学、微电子学以及一般低温微系统供应链。
院校与企业携手，共创稀释制冷机新纪元
报告第四章展示了高校院所在稀释制冷机历史发展中发挥的重要作用，介绍了多家稀释制冷机企业的背景资料、发展历程、主要产品、未来规划，以及2024年全球、欧洲、中国稀释制冷机企业的市场占比。
在这一章节，报告重点介绍了八所院校在稀释制冷机领域的重要科研成果，分别是牛津大学、莱顿大学、曼彻斯特大学、法国原子能委员会、中科院物理所、巴伐利亚科学与人文学院、费米国家实验室、安徽大学等，包括这些院校的科研成果转化出了许多著名的稀释制冷机企业，比如牛津大学孵化出了牛津仪器，莱顿大学孵化出了莱顿低温，中科院物理所孵化出了中科量仪，安徽大学孵化出了知冷低温。
此外，报告介绍了芬兰的Bluefors、英国的Oxford Instruments与ICEoxford、荷兰的Leiden-Cryogenics、法国的CryoConcept、美国的FormFactor与Maybell Quantum Industries、加拿大的Zero Point Cryogenics、中国的知冷低温、中科量仪、中船鹏力超低温、飞斯科等企业的发展历程与产品情况。
以Bluefors为例，该公司成立于2008年，远远晚于牛津仪器、莱顿低温这些老牌稀释制冷机厂商。但是Bluefors抓住了量子计算的风口，积极对接量子计算机企业的需求，并对其产品进行针对性的改造，从而逐步占据了最多的市场份额。与此同时，该公司还推出了Bluefors Lab，旨在向客户提供量子测量服务，进一步拓展了公司的低温业务。
报告最后，ICV给出了2024年全球各稀释制冷机企业营收占比。就当前披露的数据来看，2024年，欧洲企业合计占据稀释制冷机市场的85.83%，但是报告指出，未来随着中国稀释制冷机企业快速崛起，欧洲企业总体的市占率将不断降低，而这部分缩减的市场份额，未来绝大部分将由中国企业来弥补。
目前，各大厂商都在积极适配量子计算机，以满足更大样品空间、更大制冷功率、更长运行时间、更小温度涨落、更低基础温度等需求，从而获取更多的市场份额。
光子盒观点——坚持独立自主，才能行稳致远
随着量子计算被各国纳入战略体系，稀释制冷机作为量子计算的核心设备之一，同样受到了全球各地区的重点关注，目前其产业发展格局正在重塑。
美国方面，2022年，美国率先联合欧洲国家对中国发起禁运，限制量子计算机以及包括稀释制冷机在内的量子上游设备出口，意图遏制中国量子计算发展。与此同时，由于美国稀释制冷机企业的整体技术水平低于欧洲，使得目前美国在尖端稀释制冷机方面仍部分依赖进口。但美国依旧可以凭借政治团体、经济联盟、专利保护等手段，保障稀释制冷机的供应，其本土的Form Factor、Maybell Quantum Industries等稀释制冷机企业已具备生产10mK稀释制冷机的能力，可以在一定程度上保障了美国本土的供应链安全。
欧洲方面，继美国之后，欧洲各国陆续推出了对华禁运政策，并逐步开始走上了产业链独立自主的道路。尽管当前欧洲在稀释制冷机整机方面存在优势，但其上游供应链并非完全自主可控。对此，2024年，欧盟发起并联合11国36个机构启动ARCTIC项目，旨在建立起完整且全面的欧洲低温光子学、微电子学以及一般低温微系统供应链。
中国方面，尽管上世纪70年代末，中科院理化所冉启泽团队曾开发出湿式稀释制冷机，甚至还一度将设备出口到了美国，但随着那一批研究团队成员的退休与离世，稀释制冷机相关技术逐渐“失传”，中国开始长期完全依赖进口。然而，自2022年起，随着欧美国家陆续发布对华禁运稀释制冷机，国内量子计算相关的各科研机构陆续面临无米可炊的窘境，多个科研项目面临停摆，年度装机量一度在个位数徘徊。
然而，欧美的禁运政策也给国内厂商指出了一条明确的道路，那就是一定要在最短的时间内，解决这一卡脖子的问题。因此，在2022至2024这三年间，中国电科16所、量羲技术、知冷低温、中船鹏力超低温、中科量仪、集焓仪器、格物致寒、国盾量子、本源量子等中国企业通过自主研发，突破技术封锁，实现了从“0到1”的跨越，并克服产能不足、性能不够等难题，成功在2024年开启了稀释制冷机国产化的元年！
目前，保障稀释制冷机供应安全已成为全球共识。为达成这一目标，欧洲、中国选择了同一条路，那就是扶持本土企业，坚持独立自主道路，保障整个稀释制冷机产业链的自主可控。同时，我们也要认清，中国与欧洲在尖端稀释制冷机性能上仍然存在一定差距，未来还需继续加强技术研发与工程化创新，以便更好地适配量子计算的需求。
通过不懈努力和持续创新，中国企业必将在稀释制冷机领域实现更多突破，向着更高目标不断迈进，为国家量子科技的安全与进步保驾护航，为全球量子科技发展贡献中国智慧和中国力量。
英文版报告获取地址：
https://www.icvtank.com/newsinfo/1015955.html
免责声明：本文旨在传递更多科研资讯及分享，所有其他媒、网来源均注明出处，如涉及版权问题，请作者第一时间联系我们，我们将协调进行处理，最终解释权归旭为光电所有。
