解语樱木

6月15日，一条消息在科技圈炸了锅。

中核集团旗下核工业理化工程研究院正式宣布，经过四年研发，首次成功实现丰度超过99.99%的硅-28同位素自主量产。

这事有多大？这么说吧——硅基量子芯片最核心的那块材料，我们终于自己造出来了。

一、从92%到99.99%，四年磨一剑

先看数字。自然界里的硅，天然有三种同位素：硅-28占92.2%，硅-29占4.68%，硅-30占3.1%。

日常用没问题。普通芯片、太阳能电池板，天然硅就够了。

但一到量子计算，硅-29就成了大麻烦。硅-29的原子核有自旋，会持续干扰量子比特的稳定运行。核理化院稳定同位素技术研发中心副总经理蔡伟打了个比方：相当于1万个硅原子里混了几百颗“黑豆”，要用筷子一个一个夹走。

而这次，中国科学家硬是把这个比例从92%左右拉到了99.99%以上。

难度有多大？硅-28和硅-29只差一个中子的质量，要从十几亿粒“大米”里只靠重量挑出特定的几粒。

核理化院团队干了四年。这不是实验室里摆弄几个样品，是公斤级量产。

中科院院士俞大鹏的评价很直接：这一突破彻底解决了硅基量子计算“无米之炊”的燃眉之急。

二、为什么硅基路线这么受关注？

你可能会问：量子计算不是有好几条路吗？超导、离子阱、光量子……为什么硅基这么重要？

答案就一条——硅基量子芯片的制造工艺，和现在半导体芯片的工艺基本一致。

这意味着什么？意味着全球已经积累了六十年的半导体产业链，从材料到设备到晶圆制造，可以直接拿来用。

超导量子计算要零下273度，操作复杂、成本高。硅基不一样。一旦材料搞定，后面的晶体生长、晶圆切片、光刻、封装，全是现成的。

这是中国半导体产业几十年积累的“老本”，在下一代计算革命里还能接着用。

三、“比黄金还贵”的材料，现在自己有了

核理化院稳定同位素首席专家谢全新说了一句很直白的话：高丰度硅-28“远比黄金更金贵”。

有多贵？市面上一克高丰度硅-28的价格，是一克黄金的3倍。

全球能规模化生产这东西的国家，屈指可数。2024年全球硅-28产量大约只有219.9千克，长期属于严控出口品类。

以前我们高度依赖进口。蔡伟说得很实在：硅基量子计算必须用硅-28，如果做不到，想构建自主完整的量子计算产业，几乎不可能。从海外进口，会严重受制于人。

现在好了。核理化院副院长刘成业明确表示，目前高纯硅-28大规模量产在技术层面已经没有障碍，试验线产能正在持续提升，能短时间内满足国内需求。

稳定同位素分离中央控制室

四、不止是量子计算，高端芯片也能用

很多人只盯着量子计算，其实高丰度硅-28的应用场景远不止这一个。

蔡伟介绍，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。

翻译成大白话：用这种材料做的芯片，运行更稳、发热更少、性能更好。

国内行业专家甚至提出：如果把高丰度硅-28用作先进半导体材料，带来的芯片性能提升，相当于改进了一代制程工艺。

在2到3纳米甚至更先进的芯片制程里，这东西的价值不可估量。

除此之外，高端导航、计量基准、精密测量这些领域，硅-28也是关键材料。它本身就是定义“千克”质量基准的核心材料之一。

五、从“点状突破”到“链式发展”

这次突破还有一个大背景——正值《核技术应用产业高质量发展三年行动方案（2024-2026年）》收官之年。

核理化院院长助理韩莉果介绍，稳定同位素在核医学成像、精准放疗、核安保溯源、基础物理研究等领域具有不可替代的战略价值。

长期以来，全球稳定同位素制备技术高度集中，壁垒极高，已成为制约我国量子科技、先进半导体、高端医疗装备等关键产业链自主可控的重要环节。

但变化正在发生。核理化院此前已先后实现了钼、碲、镍、锌、硅、镱等12种元素、26种稳定同位素的生产。

这不是单一突破，是一张国产稳定同位素的版图正在加速拼接。

韩莉果说得很清楚： “未来我们仍将全力开展稳定同位素研发并拓展量产能力，这对保障我国关键领域产业链供应链安全具有重大战略意义。”

六、全球格局在变

长期以来，欧洲掌握着全球主要的稳定同位素研发和生产能力。中国加入硅-28的供给体系，正在从供需两端重构全球稳定同位素产业格局。

刘成业说： “中国加入供给体系，有望推动产品价格下降，使更多科研机构和中小企业受益。”

在需求端，我国多种稳定同位素自主供应能力将激发国内量子科技、先进半导体等下游应用加速发展。

一个值得关注的数据：随着先进半导体技术发展，后续高丰度硅-28的需求量预计将从公斤级增长到吨级。

这是一个量级上的跃迁——从科研级别的少量需求，转向产业级的批量供应。背后反映的是下游产业化进程的真实加速。

稳定同位素产品丰度检测现场

七、还有很长的路要走

当然，材料突破只是第一步。

硅基量子计算从材料到真正可用的计算机，中间还有芯片制造工艺验证、操作系统构建、量子纠错算法部署、应用场景开发等一大堆事。

核理化院自己也很清楚。他们表示，后续还要做两方面工作：第一，把化学形态进行转化，便于下游客户直接使用；第二，想办法提升产量、降低成本。

但方向已经定了。被动防御的时代过去了，主动出击的条件正在逐步成熟。

中国半导体产业过去几十年受制于人的经历，正在被一个环节一个环节地改写。从硅片到光刻胶，从特种气体到高纯金属靶材，再到今天硅-28同位素的量产——每一个关键材料的国产化，都意味着整个产业链又收回了一块拼图。

留给你的思考

• 技术路线之争：超导、硅基、光量子、离子阱，你觉得哪条路会最先跑出来？
• 产业链机会：硅-28国产化之后，上游材料制备、中游芯片设计、下游应用场景，哪个环节会最先爆发？
• 下一个“卡脖子” ：除了硅-28，你觉得还有哪些关键材料和设备，是中国量子产业链最迫切需要国产化的？
  
  

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