在量子計算、超導電子學、低溫物理等前沿科研領域，芯片和材料在極低溫環境（如10mK，即0.01K）下的性能測試至關重要。然而，構建穩定的10mK級低溫實驗環境極具挑戰性，需要精密的設計和嚴格的溫控技術。本文將全麵解析如何利用低溫實驗箱構建10mK級芯片測試環境，涵蓋關鍵設備、技術難點及典型應用。
1. 10mK級低溫環境的實現原理
10mK（毫開爾文）接近零度（0K），通常需要多級製冷係統協同工作：
預冷階段（4K級）：采用液氦製冷機或脈衝管製冷機，將溫度降至4K（-269℃）左右。
進一步降溫（100mK級）：使用稀釋製冷機（Dilution Refrigerator, DR），通過氦-3和氦-4的混合製冷原理，將溫度降至100mK以下。
降溫（10mK級）：結合絕熱去磁製冷（ADR）或核絕熱去磁製冷（NMR）技術，實現10mK甚至更低溫度。
2. 主要技術挑戰
熱管理：極低溫下，微小熱泄漏都會導致溫度波動，需嚴格隔絕外界熱源。
振動控製：機械製冷機可能引入振動，需采用主動減振或被動隔振技術。
樣品安裝與信號傳輸：如何在超低溫下保持電學、光學測量信號的穩定傳輸。。
3. 應用場景：重塑芯片研發範式
在超導量子計算領域，10mK級低溫實驗箱已成為芯片原型驗證的必備工具。量子AI團隊在此環境中完成72量子比特芯片的相幹時間測試，驗證了表麵碼糾錯協議的可行性。此外，該技術正拓展至低溫CMOS領域，通過模擬深空探測器芯片的極寒運行環境，某航天機構成功將星載處理器功耗降低至微瓦級。
隨著量子計算從實驗室走向產業化，10mK級測試環境正從科研工具演變為芯片研發的"標準配置"。低溫實驗箱其構建的不僅是溫度極限，更是半導體行業突破經典物理束縛的創新跳板。
