99.99%!中国攻克“最纯净的硅”量产,量子芯片再也不怕卡脖子
在地球上,硅是随处可见的元素。沙子里有,石头里有,你手机里的芯片更是离不开它。
但有一种硅,比黄金贵得多。它叫硅-28,是自然界含量最高的硅同位素。然而,天然硅中混着“捣乱”的硅-29,会干扰量子计算。
把硅-28提纯到99.99%以上,相当于在一堆芝麻里挑出几十粒绿豆。过去,这项技术只有极少数国家掌握。6月15日,中核集团核理化院宣布:我们做到了,而且实现了自主量产。

一、筛了四年,终于筛出“五个9”
据中核集团官方消息,核理化院科研团队经过四年攻关,成功实现丰度超过99.99%的硅-28自主批量生产。产品关键指标达到国际先进水平。
为什么这么难?自然界中,硅-28约占92.2%,硅-29约占4.7%,硅-30约占3.1%。量子计算最怕“噪声”,而硅-29的自旋会破坏量子比特的稳定性。提纯硅-28,就是要把硅-29和硅-30几乎全部剔除。
核理化院院长姜宏民用了一个形象的比喻:这不是化学反应,而是像“筛豆子”一样,把三种同位素物理分离开来。筛子的孔径比头发丝还细一万倍,四年时间,他们把“筛子”做到了极致。
二、世界上最纯净的硅,用来做什么?
高丰度硅-28被称为“世界上最纯净的硅”。它的价值不在普通芯片,而在未来科技的最前沿。
第一,量子计算。硅基量子芯片是目前最主流的固态量子计算路线之一。天然硅中的硅-29会破坏量子比特的相干时间,好比有人在音乐会现场不停地咳嗽。换上硅-28,环境噪声几乎消失,量子比特的寿命和操作精度大幅提升。
第二,高端半导体。硅-28具有极佳的热导率和电学性能,可用于制备超高频、低功耗的功率器件,在航空航天、国防军工等领域有重要应用。
第三,精密计量。硅-28是定义“千克”基准的关键材料。纯度越高,测量越准。
在此之前,高丰度硅-28的供应长期依赖国外少数国家,价格昂贵且受制于人。如今,中国不仅打破了封锁,还实现了自主量产——量子芯片的“粮食”安全,彻底握在了自己手里。
三、从“大国”迈向“强国”的一步落子
这项突破的意义,被专家评价为:“将在供需两端重构全球稳定同位素产业格局,推动我国从这一领域的大国迈向强国。”
2024年,国家发布了《核技术应用产业高质量发展三年行动方案》。硅-28的量产正是核技术应用领域从单点突破走向“全链崛起”的关键一环。核理化院此前已成功制备多种稀有同位素,形成了完整的分离技术体系。硅-28的加入,补齐了量子信息新材料的关键拼图。
四、中国科技,正在“筛”出未来
从沙子里筛出硅,再从硅里筛出硅-28。中国科学家用四年时间,把一项“卡脖子”技术变成了自己的“杀手锏”。
量子计算被誉为下一场科技革命的核心。而硅基量子芯片,是目前最接近工程化的路线之一。有了国产高丰度硅-28,中国量子计算机的“心脏”将不再依赖进口原材料。
这不是实验室里的孤芳自赏。中核集团透露,该技术已具备稳定批量生产能力。这意味着,从实验室到生产线,只有一步之遥。
当量子芯片跑起来的时候,人们也许会想起2026年的这个夏天——中国科学家把沙子里的“杂质”筛掉了,给未来留下了一片“寂静”的舞台。
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