一台超导量子计算机的芯片，运行时悬在稀释制冷机的最底部，那里的温度只有10毫开上下，比绝对零度高出不到百分之一摄氏度。把这颗芯片冻到这个程度的冷量，源头是一小撮氦-3原子。
超导量子比特的能级间距落在千兆赫兹量级，换算成等效温度只有几十毫开。环境温度高于这个尺度，热激发就会把量子比特从基态顶上去，退相干时间急剧缩短，计算就不可靠。把芯片泡在4.2开尔文的液氦里远远不够，必须把环境压到10毫开以下，让热噪声低到无法打扰量子态。能连续制冷到这个区间的设备，目前只有稀释制冷机。
稀释制冷机用的是氦-3和氦-4两种同位素的混合液。氦-4是自然界里最常见的氦，氦-3少一个中子，量子统计行为完全不同。混合液降温到0.87开尔文以下会发生相分离，分成富含氦-3的浓缩相和以氦-4为主、溶解了约6.6%氦-3的稀释相。氦-3原子从浓缩相跨过相界溶进稀释相时吸收热量，这个溶解过程持续吸热，机器就能一直把温度压在毫开区间。
更常见的氦-4做不到这件事。氦-4在2.17开尔文附近进入超流态，靠抽气蒸发的制冷效率骤降，到不了1开尔文以下。两种同位素的沸点也差着一截，氦-4在4.2开尔文沸腾，氦-3要到3.19开尔文才沸腾，单靠抽气蒸发，氦-3能到达的温度本身就低一截。氦-3属于费米子，不参与氦-4那种超流转变，它的蒸气压和溶解行为恰好支撑起这套跨相界循环。可以说，稀释制冷机这门技术，是专门为氦-3存在的。
氦-3的稀缺程度超出多数人的想象。大气和天然气里的氦几乎全是氦-4，氦-3丰度低到没有任何经济手段去提取。地球上可用的氦-3基本来自氚的贝塔衰变，氚的半衰期12.3年，每年缓慢放出一部分氦-3。全球每年能拿到的氦-3只有5到15公斤，供应高度集中在美国和俄罗斯，依赖两国冷战时期积攒的核材料储备。价格长期站在每升两千美元以上，行情紧张时翻倍也很常见。除了量子计算，氦-3还是中子探测器的经典工质，核材料管控和中子散射实验都在消耗这有限的产量。
对量子计算实验室来说，氦-3不是常规采购的气体。一台稀释制冷机的氦-3装量通常以升计，看起来不多，但供应商数量一只手数得过来，采购周期按季度算。实验室一般提前锁定年度用量，和供应商签长约，把价格波动和断供风险挡在门外。机器运行中氦-3主要在闭式回路里循环，真正的损耗出在检漏和再生环节，定期做氦质谱检漏，把年补充量压到最低，是控制成本最有效的办法。到货验收时核对丰度证书，市售氦-3一般按99%以上丰度供货，混入的氦-4会改变混合液配比，直接影响制冷机能到达的最低温度。
国内量子计算和极低温科研队伍这几年扩张很快，氦-3需求在往上走，供应端短期看不到放量。科研机构规划新机器时，把氦-3的供应保障当成基础设施一起设计，比事到临头再询价稳妥得多。选型时多比较各家机器的氦-3循环设计，同样标称10毫开的两台设备，年度补充量可能差出几倍。
氦-3的体量那么小，却卡着量子计算最冷的那个环节。弄明白它的物理特性和供应链，也就理解了低温量子计算的高成本从何而来。
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