如果把自然界中的硅比作一堆混合均匀的大米，那么硅-29和硅-30就是混在其中的少数“杂质”。过去多年，我国一直具备从这堆混合米中“吃白米饭”的能力，但始终缺少一张能将“米粒”按品种精确分离的筛网。如今，这张筛网终于被自主织就。
2026年6月15日，中核集团正式对外宣布，其旗下核工业理化工程研究院首次成功实现丰度超过99.99%的硅-28同位素自主量产，产品关键指标达到国际先进水平。作为硅基量子芯片的核心材料，这意味着一项长期被国外封锁的核心技术壁垒——高丰度同位素分离技术被成功攻克，我国硅基量子芯片的特种材料供应，从此有了自主可控的源头。
一、物理极限：从92.2%到99.99%的颗粒级提纯
自然界中的硅是三种同位素“兄弟”的混合体：硅-28占92.2%，硅-29占4.68%，硅-30占3.12%。对传统集成电路而言，这种混合已足够使用。但对量子芯片而言，占比不足5%的硅-29却成为最大的“噪声源”——其原子核携带非零核自旋，会在微观尺度上产生磁噪声，像一个永远关不掉的收音机静电，持续干扰量子比特的相干性。
获取高丰度的硅-28，如同在黄米堆中挑出细微差别的小米，不仅要精准识别极其微小的同位素差异，更要将这些微量颗粒高效汇集。硅的各同位素质量差异极小——硅-28与硅-29仅差一个中子质量，要从92.2%一路“筛”到99.99%以上，每一步都挑战物理分离的极限——离心、转化、多级联、纯化、再结晶……任何一个环节的扰动都会让丰度掉下来。
经过核理化院团队多年的集中攻关（据澎湃新闻报道，关键核心技术攻关历时约四年），这套融合了多道工艺的高精度筛分系统最终在2026年6月打通了从实验室到流水线的壁垒，形成了稳定产能。
二、“无米之炊”终有米：为硅基量子计算铺路
这一突破的首要意义，是为硅基量子计算机补上了最关键的一块拼图。
量子计算机被视为下一代科技革命的底层引擎。在超导、离子阱、光量子、拓扑等多条技术路线中，硅基自旋量子比特的最大吸引力在于：它与成熟的CMOS半导体工艺天然兼容，理论上最容易走向大规模集成。
然而，硅基量子比特对材料纯净度有着近乎“洁癖”的要求。中国科学院院士俞大鹏对此评价道，这一突破彻底解决了硅基量子计算“无米之炊”的燃眉之急，为我国硅基量子计算实现规模化比特操控铺平了道路。
核理化院稳定同位素技术研发中心副总经理蔡伟进一步解释，高丰度硅-28与天然硅的化学性质相同，物理性质有细微区别但十分关键——高丰度硅-28的晶体结构更“规整”，电子的量子隧穿效应更少，具备更优异的低热噪声、高导热、高载流子迁移率等电学特性。如果将高丰度硅-28用作先进半导体材料，其所带来的芯片性能提升，相当于改进了芯片的制程工艺。
三、稳定同位素“粮仓”初具规模
硅-28的突破，并非核理化院的孤例，而是其在稳定同位素领域长期深耕的硕果之一。
此前，该院团队已先后实现钼、碲、镍、锌、硅、镱等12种元素、26种稳定同位素的生产，持续推动稳定同位素分离技术的工程化与产业化。在国家原子能机构指导支持下，核理化院与秦山核电基地、核动力院、原子能院等单位已形成同位素生产基地网络，构建起从基础研究到产业转化的全链条创新体系。
核理化院副院长刘成业告诉《环球时报》，高丰度硅-28的自主量产，将为量子计算芯片、先进制程半导体等前沿领域提供关键的材料支撑，避免核心环节受制于人。
这一时间节点同样耐人寻味。此次突破恰好落在《核技术应用产业高质量发展三年行动方案（2024—2026年）》的收官之年。方案明确要求开展高丰度、高化学纯度稳定同位素分离和纯化技术研究，打通稳定同位素产业链，丰富稳定同位素产品数量，提升稳定同位素生产规模。核理化院的这一成果，意味着我国稳定同位素产业正从零散的“点状突破”，加速向自主可控的“链式发展”跃升。
四、不止于量子计算
正因超高丰度硅-28的极限特性，其应用领域远不止量子计算。
在先进制程半导体领域，基于高丰度硅-28制备的半导体器件，能够显著提升器件热导率和运行稳定性，在高端芯片制造领域具备广阔应用潜力。核理化院稳定同位素首席专家谢全新以通俗方式介绍，如果把普通硅比作“混合大米”，高丰度硅-28就是从中精挑出的单一品种大米——日常吃饭用混合米就行，只有精密实验、特殊用途才需要极致提纯的单一品种。因此，高丰度硅-28当前阶段主要应用场景仍然集中于量子计算、半导体器件研发、精密计量等前沿科技领域。
据披露，除硅-28外，核理化院后续还将面向核能与核医疗、航空航天、量子信息、粒子物理、深空探测等领域的重大需求，开展系列稳定同位素产品的研发。
