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加速扩张,制冷巨头进军亚洲市场

光子盒研究院 光子盒 2024-03-26
光子盒研究院出品

5月25日,制冷巨头、芬兰领先的低温测量系统制造商Bluefors宣布收购了位于日本东京的低温设备经销商Rockgate。通过此次收购,Bluefors将在日本低温技术市场建立直接的销售和服务机构,并将其全球业务范围扩大到芬兰、德国、荷兰和美国以外。

Bluefors的首席执行官兼创始人Rob Blaauwgeers说:“在我们发展的早期阶段,Rockgate成为Bluefors的第一个分销商,从那时起,他们一直在日本支持我们。他们从一开始就信任我们和我们的解决方案,我们相信这个团队将继续支持我们的日本客户,并推动Bluefors在日本的发展、取得巨大成功。”
“Bluefors是Rockgate的一个伟大的家,”Rockgate的董事和创始人Tsuneo Kado说:“现在是我开始考虑退休的时候了,我可以非常放心地迈出这一步,因为我知道团队将成为一家拥有优秀人才、产品和未来的公司的一部分。”
据悉,该交易估计将在2023年6月底前完成;收购完成后,Tsuyoshi Ohta将负责领导Bluefors在日本的业务

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,其功能主要是满足对低温环境有要求的超导、半导体、拓扑、离子阱等路线的量子计算机的运行需求。
量子计算系统的环境温度范围 来源:ICV TAnk
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。
在市场份额和行业分析中,ICV数据曾显示,从2025年不同地区和不同温区的稀释制冷机市场份额预测来看,欧洲的市场份额最高(38%)、其次是中国(25%)。其中10mk以下温区的市场份额高达77%,而10-100mk的市场份额仅为21%。
对于不同地区不同温区的稀释制冷机市场份额,欧洲市场的规模正在稳步增长。中国的稀释制冷机市场规模由于2023年的禁运限制(仅10mk以下温区),(虽然其他温区的稀释制冷机不受影响,但由于10mk以下温区的稀释制冷机占了大部分市场),所以中国的稀释制冷机市场规模在2023年以后呈现断崖式下滑
但是,全球稀释制冷机的总市场规模并不会受此影响,中国稀释制冷机(10mk以下)原有的市场份额将由北美和欧洲来弥补。
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


如此庞大的市场前景,这其中的参与者必然也野心勃勃。
其实不然,由于属于高精尖技术、技术门槛较高,相关商业公司寥寥可数。当下,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)。其中,Bluefors和Oxford instruments两家就占据了全球主要的市场份额。
稀释制冷机市场参与者
全球稀释制冷机主要供应商 来源:ICV TAnk
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。
2023年3月底,Bluefors成功完成了收购美国拥有60年历史的低温冷却技术和制造先锋公司——Cryomech,这一壮举使得Bluefors在芬兰、德国、荷兰和美国拥有近600名员工和低温专家。这也大大增加了Bluefors在美国的直接存在:公司大约三分之一的员工在纽约州工作。毫无疑问地,Bluefors成为美国用于量子技术、基础物理研究和其他特定行业的低温产品供应链的一个重要组成部分——同时也加强了Cryomech在欧洲的存在感。
在Bluefors的早期,Rockgate被任命为该公司的第一个分销商。此次收购Rockgate,也正符合了Bluefors的增长战略:贴近市场、亲近客户。
对此,Bluefors销售副总裁Mikko Nurminen说:“日本是世界领先的低温和量子技术市场之一,具有巨大的未来增长潜力。在市场上建立Bluefors的直接存在,以更接近客户、了解他们不断变化的需求,对于我们继续满足并超越客户的期望至关重要。”
不止Bluefors,欧美主流厂家也纷纷布局这一市场。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)。例如,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。2023年3月,中科院物理所研制出了7.6mK、450μW@100mK的中型商业稀释制冷机,无疑为我们带来了重磅的技术利好。
时间依然紧迫。我们相信,国内专家将带领我们走出困境、迈向未来。
参考链接:
[1]https://www.rockgateco.com/company/[2]https://www.gasworld.com/story/bluefors-to-acquire-japanese-cryogenic-firm-rockgate/2123601.article/[3]https://thequantuminsider.com/2023/05/25/bluefors-acquires-rockgate-establishing-direct-presence-in-japanese-cryogenic-tech-market/[4]https://mp.weixin.qq.com/s/UF7tGZfzApZX0lUjX73D4g


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