自1956年Dudley Buck首先提出cryotron的概念以来,低温超导器件经历了一个飞速的发展,基于RSFQ（Rapid Single Flux Quantum,RSFQ）的T触发器已经实现了最高频率为770 GHz的速度。在2014年,MIT基于cryotron的结构设计出一种新型的超导纳米线逻辑器件（nanowire crytron,nTron）而受到广泛的关注,其具有速度快、功耗低、高增益等优点,还具有驱动能力强和制备工艺简单等特点。这些优越的性能使得其能够在经典和量子通信、超导计算机、低温读出电路等诸多领域,有着越来越广泛的应用。nTron的工作特性也表明了它是一种具有数字逻辑功能的超导器件,因此它不但能够大规模集成用来设计复杂的超导数字电路,同时其输入输出特性也适合与现有的超导技术相集成。本文主要围绕超导纳米线逻辑器件展开,研究了nTron的工作机制,优化了nTron的设计结构和制备工艺,表征了nTron多重性能指标,并且利用nTron的原理结构设计和制备了“与”、“或”和“非”三种数字基础逻辑门单元。另外,本文还提出了多门控nTron新型结构,并且设计了nTron编码器,成功读取了SNSPD（Superconducting nanowire single-photon detector,SNSPD）阵列。主要的研究成果如下:1.利用软件对nTron器件进行模拟建模,仿真其工作特性和输入输出特性曲线,为合理使用nTron器件提供指导。搭建实验平台,提供了nTron的输入输出特性曲线的测试方法,实验数据验证了建模仿真结果,同时也为设计和优化nTron器件提供了重要的理论基础和技术保障。2.优化了nTron器件的结构,简化了制备工艺,并且设计出“与”、“或”和“非”基础逻辑门。在固定输入信号条件下,表征了nTron的时间抖动为33.3 ps;测得nTron最大工作速度为615.4 MHz;测得nTron增益为23.9;计算出nTron的功耗为19.7n W。测试结果表明nTron的速度远远大于典型的SNSPD的最大计数率,并且nTron能够被μA级幅值和ns级脉宽的输入信号所触发,表明了nTron器件能够被SNSPD响应光子信号所触发,测试结果证明nTron器件适用于读取SNSPD。3.设计并制备了一种新型多门控nTron器件,该器件在0.5μm2尺寸中包括12个输入端口和1个通道。利用这种新型器件设计出一种超低功耗和极小尺寸的nTron数字编码器,表征了该编码器具有大约18.9%的偏置区间、250 MHz的工作速度、75 ps的时间抖动和361 n W的功耗。4.设计了nTron放大接口,介绍了“T”型接口网络结构,验证了nTron放大接口与SNSPD的兼容性,成功实现了对SNSPD响应光子的信号的数字放大。利用nTron编码器对SNSPD阵列实现了多路读出,SNSPD阵列中的每一个像元的地址信息通过nTron编码器转换成4-bit的二进制输出,同时保留了SNSPD光子到达的时间精度。