Cryogenic spin Peltier effect detected by a RuO$_2$-AlO$_x$ on-chip microthermometer
本研究利用反应共溅射制备的高TCR的RuO$_2$-AlO$_x$片上温度计，在2 K低温下电学探测到Pt/YIG双层膜中亚μK量级的自旋珀尔帖效应，且信号随磁场升高至10 T逐渐归零，源于YIG磁振子塞曼能隙的激发抑制。
2023-11-03 cond-mat.mes-hall
Cryogenic microwave frequency combs based on quantum paraelectric superconducting resonators
School of Physics, Indian Institute of Science Education & Research Thiruvananthapuram（印度科学与研究教育研究所特鲁万南特普拉姆物理学院）
本文提出了一种基于SrTiO₃量子铁电相的全电子芯片级低温微波频率梳，利用其Pockels效应实现频率梳生成，实现了与低温量子技术的集成。
2026-05-13 cond-mat.mes-hall
CMOS on-chip thermometry at deep cryogenic temperatures
本文提出四种基于CMOS工业工艺的片上测温方法，覆盖毫开尔文至室温范围，并利用超导和库仑阻塞等低温现象实现高灵敏度局部温度监测。
2023-08-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Method for efficient large-scale cryogenic characterization of CMOS technologies
本文提出一种基于片上多路复用器和开尔文感测的低温表征方法，在4.2 K下实现数千个CMOS晶体管的高效批量DC测量，为量子计算低温电子学的PDK建模与仿真提供关键数据支持。
2024-11-14 cond-mat.mes-hall
Multiplexed Charge-locking Device for Large Arrays of Quantum Devices
我们提出了一种形成和控制大阵列的门定义的量子器件的方法。该方法使用了一种新的，片上，多路复用的电荷锁定系统，并有助于克服在低温恒温器测量系统中可用的电线的数量所施加的限制。介绍了两种设备创新。首先，多路复用器设计，其利用分裂门以允许多路复用器在每个分支处划分三个或更多路。其次，我们描述了一种设备架构，利用多路复用器型的计划，以锁定到栅电极上的电荷。该设计允许访问和控制其总数超过可用电触点的栅极，并能够形成、调制和测量大型量子器件阵列。我们利用这些创新的n型GaAs/AlGaAs衬底上制造的设备，并调查锁定到栅极上的电荷的稳定性。通过测量由器件中的浮栅形成的单个量子点的库仑阻塞峰来示出概念验证。浮栅每小时漂移约一个库仑振荡。
2014-08-21 cond-mat.mes-hall
Reconfigurable multiplex setup for high throughput electrical characterisation at cryogenic temperature
本文提出一种可重构多路复用装置，通过将MUX电路与待测量子器件分离并结合多级选择性门控方案，在低温下以少量控制线实现高吞吐量电学表征，并在石墨烯量子器件上完成验证。
2024-03-27 cond-mat.mes-hall
CMOS-based cryogenic control of silicon quantum circuits
最有前途的量子算法在针对实际应用时需要托管数百万量子比特的量子处理器。大规模量子计算的一个主要挑战是互连复杂性。在当前的固态量子比特实现中，稀释制冷机中的量子芯片和室温电子器件之间出现了一个主要瓶颈。先进的光刻技术支持在硅中制造CMOS控制电子器件和量子位。当电子器件被设计成在低温下工作时，它最终可以与量子位集成在同一个芯片或封装上，克服布线瓶颈。在这里，我们报告了一个低温CMOS控制芯片工作在3 K，输出量身定制的微波爆发驱动硅量子位冷却到20 mK。我们首先对控制芯片进行基准测试，并发现电气性能与99.99%保真度量子位操作一致，假设理想的量子位。接下来，我们用它来相干控制实际的硅自旋量子比特，发现低温控制芯片达到了与商业仪器相同的保真度。此外，我们通过在双量子位量子处理器上编程一些基准测试协议以及Deutsch-Josza算法来突出控制芯片的广泛功能。这些结果为完全集成、可扩展的硅基量子计算机开辟了道路。
2020-09-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
On-Chip Terahertz Spectroscopy for Dual-Gated van der Waals Heterostructures at Cryogenic Temperatures
本文提出一种结合半导体栅极和光控栅极的片上太赫兹光谱方案，在液氦温度下成功测量双栅极双层石墨烯器件的纯净太赫兹响应，观察到电场诱导带隙打开特征并提取了Drude电导率等关键参数，为研究双栅极二维材料的新颖涌现现象奠定基础。
2024-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Integrated multiplexed microwave readout of silicon quantum dots in a cryogenic CMOS chip
固态量子计算机需要经典电子学来控制和读出单个量子比特，并实现快速经典数据处理[1-3]。在固态量子处理器运行最佳的深低温下集成两个子系统[4]，可以解决一些主要的扩展挑战，例如系统大小和输入/输出（I/O）数据管理[5]。硅量子点（QD）中的自旋量子位可以使用超大规模集成（VLSI）与互补金属氧化物半导体（CMOS）电子器件单片集成，从而利用半导体行业的广泛制造经验[6]。然而，在mK温度下使用工业CMOS进行集成的实验演示仍处于起步阶段。在这里，我们提出了一个使用工业CMOS技术制造的低温集成电路（IC），它包含硅基量子处理器的三个关键成分：QD阵列（在这里以非交互式3x 3配置排列），数字电子器件，以最大限度地减少使用行列寻址的控制线和用于多路复用读出的模拟LC谐振器，所有这些都在50 mK下工作。与微波谐振器（6-8 GHz范围），我们显示分散读出的量子点的电荷状态，并执行组合的时域和频域复用，实现可扩展的读出，同时减少整体芯片的足迹。这种模块化架构探讨了使用工业CMOS技术实现集成量子和经典电子学的大规模硅量子计算机的限制。
2021-01-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
A Multi-Module Silicon-On-Insulator Chip Assembly Containing Quantum Dots and Cryogenic Radio-Frequency Readout Electronics
本文提出一种基于FDSOI CMOS工艺的低温多模块硅芯片组件，集成了低噪声放大器、单刀八掷开关与硅量子点阵列，成功实现了双单电子盒的时域射频多路复用读出，为全硅量子计算系统奠定基础。
2024-11-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Statistical evaluation of 571 GaAs quantum point contact transistors showing the 0.7 anomaly in quantized conductance using millikelvin cryogenic on-chip multiplexing
该研究利用片上低温复用架构在5个GaAs芯片上测量571个QPC，统计分析量子化电导0.7异常，发现其更符合短程相互作用van Hove模型而非自发极化或Kondo模型。
2024-04-10 cond-mat.mes-hall cs.AR cs.SY
Scalable on-chip multiplexing of silicon single and double quantum dots
本研究利用64通道超低功耗cryo-CMOS多路复用器实现硅量子点的片上接口连接，验证了混合量子-CMOS技术对大规模硅基量子计算机构建的支撑作用。
2024-10-10 cond-mat.mes-hall
Cryogenic Characerization and Modeling of Standard CMOS down to Liquid Helium Temperature for Quantum Computing
本文介绍了0.18 μ m CMOS工艺（1.8V和5V）的低温特性和模型。在300 K到4.2 K的温度范围内，对几种不同宽长比（W/L）的PMOS和NMOS晶体管在不同偏压条件下的特性进行了广泛的研究。我们提取了它们的基本物理参数，并基于BSIM 3V 3开发了一个紧凑的模型。除了它们的I-V特性，阈值电压（Vth）值，开/关电流比，MOS晶体管的导通电阻和芯片上的电阻在300 K到4.2 K的温度下测量。建立了一个简单的子电路来校正扭结效应。本文的工作为低温CMOS工艺的实现提供了实验依据，为低温CMOS工艺的工业流片工艺提供了有效的模型，为集成电路在低温环境中的应用，包括低温下量子芯片的量子测量和控制系统提供了实验依据。
2019-01-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Characterising Quantum Devices at Scale with Custom Cryo-CMOS
我们利用定制设计的低温CMOS多路复用器（MUX），使多个量子器件的特点是在一个单一的冷却稀释冰箱。结合封装的方法，集成低温CMOS芯片和热插拔，并行器件测试平台，我们描述了这种设置如何采用标准的布线配置作为输入，并扩展了批量表征的量子器件在毫开尔文温度和高磁场的能力。低温CMOS多路复用器的架构进行了讨论和性能基准使用少电子量子点和霍尔迁移率映射测量。
2019-08-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Integration of on-chip field-effect transistor switches with dopantless Si/SiGe quantum dots for high-throughput testing
在单个芯片上测量多个量子器件增加了表征吞吐量，并能够测试器件设计中的器件可重复性、工艺良率和系统变化。我们提出了一种方法，使用片上场效应晶体管开关，使双量子点Si/SiGe器件的多路复用低温测量。多路复用使得表征许多设备成为可能，这些设备随外部电线的数量呈指数级增长，这是考虑到目前常用的低温恒温器布线的重大限制的关键能力。我们使用这种方法来表征三个名义上相同的量子点接触通道，使他们的阈值电压的积累和夹断电压在一个单一的冷却稀释冰箱的比较。
2013-05-08 cond-mat.mes-hall
Thermal resistance in superconducting flip-chip assemblies
本研究测量了铟凸点键合的超导倒装芯片组件在1K以下的热阻，发现其遵循T⁻³幂律的声子界面热阻特性，分析了该热阻的热化瓶颈效应，并展示了其在器件热管理和微型制冷中的双重应用潜力。
2023-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Sub-kelvin cryogenic wafer probing verified by on-wafer primary Coulomb blockade thermometry
VTT Technical Research Centre of Finland Ltd（芬兰技术研究中心有限公司）；Bluefors Oy（Bluefors有限公司）；AEM Afore Oy（AEM Afore有限公司）；SemiQon Oy（SemiQon有限公司）
针对低温器件表征效率低的问题，本文利用库仑阻塞温度计在300毫米探针台上实现了150毫米晶圆低于700毫开尔文的晶圆级低温表征，验证了亚开尔文晶圆测试的可行性，为量子器件高通量筛选开辟了道路。
2026-11-03 cond-mat.mes-hall
Modular Cryogenic Interconnects for Multi-Qubit Devices
我们已经开发了一个模块化的互连平台，用于在低温下控制和读出多个固态量子位。该装置提供74个滤波直流偏置连接，32个控制和读出连接，带宽超过5 GHz，以及4个微波馈线，允许工作在10 GHz以上。射频（rf）插入器的加入使平台能够被分成两块印刷电路板，将连接到量子位芯片的简单电路板与包含昂贵连接器和组件的多层板解耦。这种模块化方法减轻了为每个原型器件复制复杂互连电路的负担。我们报告了该平台在毫开尔文温度下的性能，包括信号传输和串扰测量。
2014-05-14 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Transition Edge Sensor Thermometry for On-chip Materials Characterization
用于空间科学应用的下一代超低噪声低温探测器需要继续探索低温下的材料特性。目前的过渡边缘传感器（TES）的低噪声和良好的能量灵敏度允许测量介观系统的热参数与前所未有的精度。我们描述了一种用于在低温（低于约3K）下差分测量材料特性的辐射测量技术。该技术依赖于非常宽带的热辐射，耦合之间的阻抗匹配的电阻器，终止Nb超导微带和功率交换使用TES测量。TES提供快速、时间分辨测温的能力进一步扩展了参数空间：例如，研究随时间变化的热容。隔离结构的热特性可以在几何形状中测量，从而消除了对复杂的附加组件（例如温度计本身的电线）的需要。差分测量可以轻松监测低温环境中的温度漂移。该技术使用迅速，易于校准。将讨论初步结果。
2011-01-31 astro-ph.IM cond-mat.mes-hall
Fast On-Chip Thermometry with TiN Kinetic Inductance Resonators in 22 nm Process Technology
Quantum Motion（量子运动）；Imperial College London（帝国理工学院）；CIC nanoGUNE Consolider（纳米GUNE联合创新中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊卡巴萨克，巴斯克科学基金会）
本研究基于22nm FDSOI芯片集成的TiN动力学电感谐振器，实现了亚毫开尔文灵敏度的快速片上测温，揭示了低温下热传播与弛豫的两种机制，可用于探测量子处理器的非平衡温度动态。
2026-08-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dispersive Readout of a SiMOS Quantum Dot Using a Flip-Chip Integrated Microwave Resonator
University of New South Wales（新南威尔士大学）；Diraq
研究利用倒装芯片集成平台对SiMOS量子点器件进行色散读出，通过铟凸点互连实现微波耦合，展示了该工艺与低温操作的兼容性，基于谐振器检测电荷跃迁，信噪比与积分时间呈$\sqrt{t}$依赖关系，为相关技术应用奠定基础。
2026-08-26 cond-mat.mes-hall
Large-scale on-chip integration of gate-voltage addressable hybrid superconductor-semiconductor quantum wells field effect nano-switch arrays
本文提出并实验验证了一种大规模可扩展的栅极电压可寻址混合超导体-半导体场效应纳米开关阵列芯片，实现了144个Nb-In0.75Ga0.25As量子线结的片上集成与独立控制，为容错量子技术中的低温纳米电子电路发展提供了关键基础。
2023-07-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superconducting Flux Memory for Cryogenic Applications
Northrop Grumman Systems Corporation（诺斯罗普·格鲁曼系统公司）
该研究研发了三种用于超导电路的低温超导磁通存储器，通过实验验证其可提供稳定磁通偏置、减少控制线数量，还实现了传输子量子比特的稳定偏置，为其应用奠定基础。
2026-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.ins-det
Characterizing the attenuation of coaxial and rectangular microwave-frequency waveguides at cryogenic temperatures
对于任何低温固态实现的量子信息处理器，在超过芯片级的距离上进行量子通信都需要低损耗波导。我们测量和分析市售微波频率波导的衰减常数下降到毫开尔文温度和单光子水平。更具体地说，我们的特点的范围内的同轴和矩形微波波导下降到$0.005\,\rm{dB}/\rm{m}$使用谐振腔技术的频率相关的损失。通过测量介质波导材料的内部品质因数，并与已建立的损耗模型进行比较，研究了常用介质波导材料的损耗角正切和相对介电常数。我们的表征的结果是相关的准确预测的信号水平在输入的低温设备，减少任何检测链中的损失，并估计在低温系统中的信号耗散引起的热负荷。
2016-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Rapid cryogenic characterisation of 1024 integrated silicon quantum dots
该研究将1024个硅量子点与片上数模电子器件集成，利用射频反射测量、模拟多路复用和机器学习实现5分钟低温表征，为大规模量子比特阵列片上寻址奠定基础。
2023-10-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Large-scale characterization of Single-Hole Transistors in 22-nm FDSOI CMOS Technology
本研究采用22-nm FDSOI CMOS工艺实现384个嵌入硅晶体管的p型量子点与片上经典电子器件的深低温单片集成，通过机器学习提取参数明确器件尺寸与量子点性能的关联，为量子-经典电子器件大规模集成提供路径。
2025-07-28 cond-mat.mes-hall
Photostable molecules on chip: integrated single photon sources for quantum technologies
量子光源和非线性元件的片上集成对发展可扩展的量子信息和通信光子平台提出了严峻的挑战。在这项工作中，我们展示了一种新的混合技术，它结合了单个有机分子作为量子发射器和介电芯片，脊波导和光栅远场耦合器组成的潜力。蒽晶体中的二苯并三萘分子具有长期的光稳定性、简单的制备方法、几乎单一的量子产率和低温下的寿命限制发射。考虑到两个传播方向，我们以高达42+/-2%的耦合效率将这样的单发射器耦合到氮化硅脊形波导。该平台旨在支持片上和自由空间单光子处理。
2017-04-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ultra-steep slope cryogenic FETs based on bilayer graphene
针对低温MOSFET亚阈值斜率受界面缺陷限制的问题，研究制备了六方氮化硼封装、石墨栅极的Bernal堆叠双层石墨烯FET，在0.1K下实现250μV/dec的超低反向亚阈值斜率，接近玻尔兹曼极限，为低功耗低温量子控制电子器件提供了新方案。
2024-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiplexed quantum transport using commercial off-the-shelf CMOS at sub-kelvin temperatures
量子信息处理的持续进步已经引起了研究范式的转变，从主要集中在测试量子力学的现实性到工程量子比特设备与实际量子计算所需的数字。向大规模固态系统扩展的主要挑战之一是在亚开尔文温度下运行的低温恒温器中存在的有限输入/输出（I/O）连接器，这些连接器需要以高保真度执行量子逻辑。这种互连瓶颈同样存在于设备制造-测量周期中，这需要高吞吐量和低温表征来开发量子处理器。在这里，我们多重量子输运的二维电子气体在亚开尔文温度。我们使用商业现成的CMOS多路复用器，以实现一个数量级的增加线的数量。利用这种技术，我们将在工业CMOS工厂中制造的300 mm外延晶片推进到（3.9 $\pm$ 0.6）$\times$ 10 $^5$ cm $^2$ \slash Vs的创纪录电子迁移率和（6.9 $\pm$ 0.4）$\times$ 10 $^{10}$ cm $^{-2}$的渗透密度，这代表了迈向大型硅量子位阵列的关键一步。我们设想，该演示将激发量子信息低温电子学的发展，并且由于组装简单，成本低，但多功能性，我们预计类似的低温CMOS电路将广泛用于高通量量子测量和量子工程系统的控制。
2019-07-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Cryogenic Interface for Controlling Many Qubits
一台按比例放大的量子计算机将需要一个高效的控制接口，可以自主操纵和读取大量的量子位，对于固态实现来说，这些量子位通常保持在毫开尔文（mK）温度下。先进的CMOS技术与量子系统紧密集成，是实现这种控制接口的理想选择，但通常会因其功耗而打折，导致脆弱的量子位发热。在这里，我们展示了一个超低功耗，基于CMOS的量子控制平台，它以数字命令为输入，并生成许多并行的量子位控制信号。通过使用100，000个在100 mK附近工作的晶体管实现，我们的平台通过利用晶体管在低温下的低泄漏来将电荷存储在用于调整量子器件的浮栅结构上，从而减少了对每个量子位的单独控制线的需求。然后，这种电荷可以在片上电容器之间快速洗牌，以生成动态量子位控制所需的快速电压脉冲。我们基准这种架构上的量子点测试设备，显示出成千上万的栅电极的控制是可行的商用稀释制冷机的冷却功率内。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Cryo-CMOS Band-gap Reference Circuits for Quantum Computing
大规模量子计算机的控制接口可能需要电子子系统在极低温下靠近量子位运行。在这里，我们报告的自定义低温CMOS带隙基准电路的低温性能，旨在提供稳定的电压和电流的片上，独立于本地温度波动。我们的电路是在0.35微米硅锗（SiGe）BiCMOS和28纳米全耗尽绝缘体上硅（FDSOI）CMOS工艺制造的，我们比较每一个的性能。除了作为低功耗基准电压源的特定应用外，这些电路还是开发设计方法的理想测试工具，可减轻低温对电路性能的不利影响。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
A scalable non-superconducting tunnel junction technology
VTT Technical Research Centre of Finland Ltd（芬兰国家技术研究中心）；Department of Physics, University of Basel（巴塞尔大学物理系）
本文提出了一种基于TiW合金和AlOx屏障的CMOS兼容非超导隧道结技术，实现了晶圆级制备并验证了其在低温下的性能，为先进低温、量子和纳米电子芯片系统提供了可扩展的解决方案。
2026-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
