關鍵突破 攻克量子芯片核心材料 國產「超高純」硅—28量產 丰度超99.99% 達國際先進水平
中核集團在6月15日宣布，中國科學家在穩定同位素富集與高純硅製備領域取得關鍵性突破，首次成功實現丰度超過99.99%的硅-28同位素自主量產，產品關鍵指標達國際先進水平。這將為中國硅基量子計算核心材料的自主研製以及先進製程半導體、高端導航、計量基準等前沿科技領域（見表）高質量發展提供堅實支撐。●香港文匯報記者 劉凝哲 北京報道
硅是一種非金屬元素，天然硅中有三種同位素：硅-28、硅-29和硅-30，其中硅-28佔比92.2%，這種同位素可極大降低量子計算中的環境噪聲干擾，被譽為「世界上最純淨的硅」。而天然硅中的另一種穩定同位素——硅-29會對量子計算產生干擾。因此，要把干擾降到最低，就必須將硅-28丰度從92.2%提高到99.99%以上。科學界認為，超高丰度硅-28是硅基量子芯片不可或缺的核心材料。
像篩豆子一樣分離同位素
中核集團此次宣布實現自主量產的丰度超過99.99%的硅-28同位素，由其旗下中國原子能工業有限公司所屬核工業理化工程研究院研製生產。據央視報道，中核集團核工業理化工程研究院院長姜宏民介紹，提純硅-28，不是靠物質反應把硅-29變成硅-28，而是像篩豆子一樣把三種同位素分離開——硅-28富集到一側，硅-29和硅-30到另一側。總量不變，各組分丰度卻變了。
中國工程院院士雷增光表示，超高丰度硅-28同位素製備從開始技術攻關到此次量產落地，凝聚了科研團隊多年的心血，具有里程碑意義。除了硅-28，核理化院後續還將面向核能與核醫療、航空航天、量子信息、粒子物理、深空探測等領域的重大需求，開展系列穩定同位素產品的研發。
徹底解決「無米之炊」困境
據相關科學媒體報道，傳統計算機中的二進制位將數據編碼成1或0，而量子計算機中的量子比特可以是這兩種狀態的疊加。量子比特通常由鉭和鈮等超導金屬製成，但超高丰度純硅是遠超現有技術的量子比特的基礎。科學家認為，理論上，可以用製作傳統電子芯片的方法來製作硅基量子計算機的組件。在實踐中，包括英特爾在內的廠商，已經宣稱其晶圓廠可以量產量子比特芯片。業界認為，製造硅基量子比特也比製造其他種類的量子比特要容易得多。這意味着，突破超高丰度純硅製備，將令硅基量子比特的量子計算機可以比競爭對手更快地擴展到百萬量子比特量級。
對於此次中國超高丰度硅-28同位素的突破，中國科學院院士俞大鵬指出，這一突破徹底解決了硅基量子計算「無米之炊」的燃眉之急，為中國硅基量子計算實現規模化比特操控鋪平了道路。
另據介紹，除量子計算外，超高丰度硅-28在先進製程半導體、高端導航、計量基準等前沿領域也有重要應用前景。中核集團核工業理化工程研究院團隊，此前已先後實現鉬、碲、鎳等12種元素、26種穩定同位素的生產，持續推動穩定同位素分離技術的工程化與產業化。
