又一收购，全球低温市场新变局

光子盒研究院出品

2月28日，芬兰领先的低温测量系统(cryogenic measurement systems)制造商Bluefors宣布将收购美国的低温冷却技术和制造公司Cryomech。合并后，Cryomech将继续作为Bluefors的旗下品牌，Bluefors也得以汇集芬兰、德国、荷兰和美国的近600名员工和低温技术专家。

这次收购将使Bluefors有能力更好地服务量子技术、基础物理研究和其他特定工业应用等前沿领域的客户；Cryomech和Bluefors将共同为低温市场提供服务。

Rob Blaauwgeers（左）和Pieter Vorselman（右）

“我们与Cryomech的合作由来已久，这项协议实际上是Bluefors和Cryomech团队间合作发展的下一个阶段。”Bluefors的首席执行官兼创始人Rob Blaauwgeers说：“这次收购给我们合并后的新公司提供了一个更好的机会以确保技术领先地位，这将有助于我们继续为客户提供服务，并在快速发展的超低温技术市场继续保持强劲增长。”

收购Cryomech符合Bluefors的发展战略——继续推动研发和工业应用中超低温冷却技术的发展。除了收购和在过去几年里将团队扩大到400名员工之外，Bluefors也正在进行一个投资项目，以扩大其在赫尔辛基的园区，并致力于目前雪城(Syracuse)园区的扩建。

这项交易已经得到美国外国投资委员会（CFIUS）的批准，收购完成还需要Cryomech的员工持股计划（ESOP）的股东批准。具体交易估计将在2023年3月底前完成。

生活中对于温度常常以“摄氏度”作为单位，国际温标则采用“K”（度=K-273.15）作为单位。

根据热力学第三定律，宇宙所能达到的最低温度只能无限接近于绝对零度（0K，即-273.15度）。日常制冷通常采用普冷技术（例如冰箱），医学中则采用液氮（70K）来获得对生物组织的迅速、深度冷却；要想获得液氦温区（4K以下）的低温，则需要采用节流、减压降温等技术；1K以下的极低温需要吸附制冷技术；而要获得100mK以下、趋近于绝对零度的极低温，只能采取磁制冷以及稀释制冷机。

稀释制冷机示意图

稀释制冷机是一种实验性低温设备，使用两种氦同位素(氦-3和氦-4)的混合物，将空间容积冷却到毫开尔文(mK)范围，即绝对零度(-273.15℃)以上千分之几度。

稀释制冷机通过使用多个步骤从氦同位素混合物中去除热量来进行冷却，然后使用真空泵将氦-3循环并稀释到氦-3/氦-4混合物中，直到达到目标温度。早期阶段，所有稀释制冷机都是“湿”系统，需要像液氮和其他低温液体这样已经很冷的物质来开始冷却。今天的制冷机更常见的是“干燥的”，即无液氦稀释制冷机：采用一种称为低温冷却器的机械部件，提供初始50K和4K的温度，用于预冷却氦混合物。

稀释制冷机在量子计算、超导、天文学、凝聚态物理学等众多需要极端条件的领域均有大量应用；其中，量子计算是其主要应用领域。根据知名前沿科技咨询公司ICV的《稀释制冷机市场研究报告》，超导量子计算机、半导体量子计算机、拓扑量子计算机对稀释制冷机都有较高的低温要求，目前，已有稀释制冷机的主要工作温度区间为5mk-4k之间。

量子计算系统的环境温度范围

随着量子计算机的不断发展，日近成熟的超导量子计算机将是推动稀释制冷机市场份额不断增长的原动力。此外，受益于相同量子比特环境，半导体量子计算机将随着超导量子计算机的脚步持续发展，由此带来的增量需求将是未来稀释制冷机行业的一个增长点。

2022年，全球稀释制冷机的市场总规模为1.93亿美元，以不同的温区划分，其中10mK以下温区（超导量子计算机用）的稀释制冷机市场规模占比约为76%，为1.47亿美元，10mK-100mK温区的稀释制冷机市场规模占比约为22%，为0.42亿美元。

预计到2025年，全球稀释制冷机的市场总规模将为2.66亿美元。

全球稀释制冷机市场规模（2022~2030）；单位：十亿美元

目前，全球稀释制冷机的主要参与者有：Bluefors（芬兰）、Oxford instruments（英国）、LeidenCryogenics （荷兰）、CryoConcept（法国）、Form Factor（美国）、Maybell Quantum（美国）、Quantum Design（美国）、Ulvac Cryogenics（日本）、Zero Point Cryogenics（加拿大）。

全球稀释制冷机主要供应商

其中，Bluefors和Oxford instruments两家就占据了全球主要的市场份额。

近年来，随着超导量子比特的相干时间、比特数目、连接技术大幅提高，量子计算领域迎来了空前的蓬勃发展。因此，传统的小型稀释制冷机已经无法满足基础的实验需求，急需更高配置的制冷机器。目前，BlueFors XLD1000是极少数能够满足这些需求的型号之一，因此在该研究领域中享有很高的认可度。

XLD稀释制冷机平面图

BlueFors成立于2008年，其XLD稀释制冷机系列适用于要求最严格的实验，需要大的实验空间和无低温稀释制冷机测量系统的卓越性能。它带有六个侧装口，每个侧装口可以容纳32条SMA线。侧面装载的特点允许在远离低温箱的工作台上进行布线、组装。

因此，在系统运行时，可以进行布线组件的准备或完整的实验。当系统预热到室温时，可以立即交换组件，大大减少室温下的闲置时间——该模型是量子技术的理想选择。

长期以来，Bluefors也致力于构建易于操作、一键式冷却干稀释制冷系统，进一步完善技术、扩大使用范围，以满足客户需求。

例如，为了控制更多的量子比特，需要对量子测量系统有一个新的思维方式，首先是低温系统本身。为此，Bluefors引入了一个新的低温平台——KIDE，以实现前所未有的可扩展性和访问性，满足下一级量子计算的要求，它将实现比以往任何超低温测量系统更强的冷却能力和灵活性。

为了推进行业互动和商业合作，Bluefors公司还加入了量子经济发展联盟（QED-C®）。QED-C是一个由SRI国际管理的行业驱动的联盟，其使命是促进和发展一个强大的量子产业和相关的供应链。

2022年间，Bluefors也同Rigetti、英特尔、IBM等多家量子企业合作，在量子计算机中应用其低温技术。这次收购Cryomech，将使Bluefors有能力更好地服务量子产业，扩大自身在全球低温市场的份额。

目前稀释制冷机的领先参与者主要位于欧美国家。

生产该设备的主流厂家有英国牛津仪器、芬兰bluefors以及美国Janis Research公司，2021年，IBM公布了他们的“黄金眼（Goldeneye）项目”，即为量子计算机造一台前所未有的超大（1.7立方米）稀释制冷机；2022年底，美国能源部费米国家加速器实验室的研究人员也宣布正在建造Colossus，建成后它将成为迄今为止mK温度下最大、最强的稀释制冷机，黄金眼仅为Colossus容积的三分之一。

然而，国内由于没有该技术，量子等领域所用到的稀释制冷机均从国外公司进口，并且售价非常昂贵（约300-1000万元/台）。

中国目前除中科院物理所的姬忠庆团队在无液氦稀释制冷机上率先实现了8mk的温度外；中电科十六所的稀释制冷机有了阶段性的突破，其连续循环工作温度达到9.3mK；中船重工鹏力超低温稀释制冷机目前采用GM制冷机作为预冷冷源，最低温度也达到了12mk（连续运行）。

根据ICV研究观点，中国当前稀释制冷机自研道路上的难点主要包括研制稀释制冷机所必需的同位素3He、预冷所需的脉冲管和冷头等预制冷设备严重依赖进口，以及一些低温设备焊接工艺难题。此外还有需克服像冷漏、超漏问题、盘管热交换器和银粉热交换器等一系列技术难题。

2023年，对于中国来说，10mK以下的稀释制冷机的禁运将迫使其加速自主研发的进程。

时间紧迫，我们期待，相关团队将带来更多技术利好。

关于Cryomech

Cryomech设计、制造低温冷却器和其他低温产品系列。自1963年以来，Cryomech已为数百名客户提供了Gifford-McMahon和脉冲管低温冷却器(Pulse Tube Cryocoolers)、氦气回收系统(Helium Recovery Systems)、液氮设备和定制低温恒温器。Cryomech服务的行业包括量子信息科学和技术、医疗和生命科学、清洁能源和超低温物理。

参考链接：

[1]https://bluefors.com/blog/bluefors-to-acquire-cryomech-creating-a-global-leader-in-the-ultra-low-temperature-cooling-technology-market/

[2]https://www.cryomech.com/

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/QdYj6APnIavUTjCMzryW5w

[4]https://bluefors.com/company/

[5]https://mp.weixin.qq.com/s/tTPHt4IWJnUGz5BEbIGmVQ

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