福州见证中国高纯硅-28量产突破：丰度达99.99%，助力福建量子芯片自主攻坚
量子计算被视为新一轮科技革命的核心引擎，而硅基量子芯片因其与现有半导体产线高度兼容，被公认为最具产业化前景的技术路径之一。在这一赛道中，高纯度硅-28同位素——被誉为“比钻石更纯净的晶体”，是构筑量子比特物理载体不可或缺的战略级基础材料。作为我国稳定同位素研发重镇，福州依托核工业理化工程研究院等科研力量，持续推动关键材料本地化攻关。
近日，中核集团核工业理化工程研究院在福州宣布：我国首次实现丰度超99.99%的硅-28同位素公斤级自主量产，核心指标达到国际先进水平。该成果标志着我国在高纯硅制备领域取得里程碑式突破，为福建乃至全国硅基量子芯片自主研发提供了坚实材料支撑。
为何硅-28如此关键？核工业理化工程研究院稳定同位素技术研发中心副总经理蔡伟解释：天然硅中硅-28仅占约92.2%，其余为具核自旋的硅-29（4.7%）和硅-30（3.1%）。而在硅基量子点体系中，硅-29原子核的自旋会干扰电子量子态测量，大幅缩短量子相干时间——这相当于给量子计算“按下暂停键”。要保障可靠运算，必须将硅-29近乎完全剔除。
“将1万个硅原子中的非硅-28同位素压缩至仅1个，其难度堪比用筷子从万粒黄豆中精准挑出数百颗黑豆。”蔡伟形象比喻道。团队依托核领域特有分离技术，绕开传统原子操控瓶颈，成功实现原子尺度的同位素富集。这项耗时二十年的持续攻坚，不仅突破了技术极限，更使我国稳定同位素产业从“点状突破”迈向“链式发展”。
当前，全球量子计算正沿超导、光量子、离子阱及硅基量子点等多路径并行演进。其中，硅基路线可复用成熟CMOS工艺，具备低成本、易集成、可扩展优势，福州等地正加速布局相关产学研协同平台。此次高纯硅-28量产能力的形成，将同步赋能先进制程半导体、高精度导航系统、国家计量基准等重大需求领域。
据悉，依托同一技术平台，该院近年已实现钼、碲、镍、锌、镱等12种元素共26种稳定同位素的国产化制备。按《核技术应用产业高质量发展三年行动方案（2024—2026年）》部署，下一步将重点推进化学形态转化与规模化降本，加快衔接芯片制造、操作系统及行业应用环节。业内预计，5—10年内，量子计算有望在药物设计、气象建模、金融风控等场景率先落地，福州作为东南科创高地，将持续发挥材料—器件—系统全链条支撑作用。
蔡伟表示：“未来个人终端或将出现‘双芯’格局——一部智能手机，一台量子手持计算设备。而这一切的起点，正是今天在福州实验室里诞生的那克级、公斤级、高纯度的硅-28。”
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