在量子计算、超导电子学、低温物理等前沿科研领域，芯片和材料在极低温环境（如10mK，即0.01K）下的性能测试至关重要。然而，构建稳定的10mK级低温实验环境极具挑战性，需要精密的设计和严格的温控技术。本文将全面解析如何利用低温实验箱构建10mK级芯片测试环境，涵盖关键设备、技术难点及典型应用。
1. 10mK级低温环境的实现原理
10mK（毫开尔文）接近零度（0K），通常需要多级制冷系统协同工作：
预冷阶段（4K级）：采用液氦制冷机或脉冲管制冷机，将温度降至4K（-269℃）左右。
进一步降温（100mK级）：使用稀释制冷机（Dilution Refrigerator, DR），通过氦-3和氦-4的混合制冷原理，将温度降至100mK以下。
降温（10mK级）：结合绝热去磁制冷（ADR）或核绝热去磁制冷（NMR）技术，实现10mK甚至更低温度。
2. 主要技术挑战
热管理：极低温下，微小热泄漏都会导致温度波动，需严格隔绝外界热源。
振动控制：机械制冷机可能引入振动，需采用主动减振或被动隔振技术。
样品安装与信号传输：如何在超低温下保持电学、光学测量信号的稳定传输。。
3. 应用场景：重塑芯片研发范式
在超导量子计算领域，10mK级低温实验箱已成为芯片原型验证的必备工具。量子AI团队在此环境中完成72量子比特芯片的相干时间测试，验证了表面码纠错协议的可行性。此外，该技术正拓展至低温CMOS领域，通过模拟深空探测器芯片的极寒运行环境，某航天机构成功将星载处理器功耗降低至微瓦级。
随着量子计算从实验室走向产业化，10mK级测试环境正从科研工具演变为芯片研发的"标准配置"。低温实验箱其构建的不仅是温度极限，更是半导体行业突破经典物理束缚的创新跳板。
