中国科学家首次揭示金属自旋超固态的存在，并基于该现象创建了无需氦-3即可实现极低温的制冷技术。
这一Nature级成果不仅是中国首创，更颠覆了主流极低温制冷技术，意味着中国超导量子计算机未来有望配备自主设计的制冷设备，摆脱对稀缺氦-3的依赖。
超导量子计算机稳定运行需极低温以维持量子态，过去主流的稀释制冷机（无论国产还是进口）均依赖稀缺的氦-3。
其制冷原理可简要梳理：1908年昂纳斯液化氦气实现4.2K极低温，推动了超导研究；后续通过抽气减压，可将液氦-4降温至1.2K，但进一步降温需用氦-3——其饱和蒸气压远高于氦-4，减压降温效果更显著，可降至0.2K（200毫K）。
为实现几十毫K的更低温度，稀释制冷技术应运而生，它采用氦-3与氦-4混合液，在0.87K以下会相分离，通过抽取氦气利用渗透吸热实现降温，可逼近绝对零度，但需消耗大量氦-3，因此探寻新路径势在必行。
中科院与上海交大联合课题组突破的新技术，基于金属自旋超固态实现制冷。超固态是兼具固态（原子整齐排列）与超流体（无摩擦流动）属性的量子物态，此次通过磁性体系实现的自旋超固态，兼具长程磁有序与量子涨落，具备巨磁卡效应，适合制冷。
该制冷技术以磁为触发因素，过程分为两步：等温磁化时，外部磁场拉直自旋降低磁熵，需冷浴带走热量维持温度；绝热去磁时，撤走磁场使自旋混乱、磁熵增加，声子熵与电子熵随之降低，系统温度大幅下降成为冷源。
此次所用ECA合金解决了此前绝缘体实现自旋超固态时冷却效率低的问题，金属优异的热导率让系统可冷却至106毫K，掺杂板更可降至80毫K，大幅低于氦-3减压降温的200毫K。
该技术虽在最低降温能力上不及顶尖稀释制冷机——后者可实现低于10毫K的极低温，但它的核心优势十分突出：无需依赖稀缺的氦-3，系统结构更简单，且大幅降低了制冷成本，实用性更强。
目前，这项新技术暂无法独立满足量子计算机对10-20毫K低温环境的需求，但它可通过级联组合的方式与稀释制冷机形成互补，进一步提升制冷效果。
若未来高频超导比特设计走向成熟、实现技术突破，这项中国首创的制冷技术，将有望直接替代稀释制冷机，应用前景十分广阔。
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