2026年6月15日，中核集团发布消息称：我国科学家在稳定同位素富集领域取得关键性突破，首次成功实现丰度超过99.99%的硅-28同位素自主量产，产品关键指标达国际先进水平。
这是一个足以写入我国半导体、量子计算发展史中的具有历史性意义的重大突破。
长期以来，高纯同位素纯化硅材料的制造技术全被极少数发达国家所垄断。然而今天“纯硅”的自主批量生产，宣告我国实现了硅基量子芯片制备所需的高纯度核心材料限制的破解，也让将多年实验室中的一些顶尖科研技术拿到了工业化量产的“入场券”。
就在数月前（2025年12月17日），新南威尔士大学和硅量子计算有限公司（SQC）也发表了《Nature》的一篇重磅论文，宣布基于同位素纯硅—28衬底实现了11量子比特的原子处理器，研究实现了保真度范围在99.10%至99.99%之间的单量子比特门和多量子比特门，标志着硅量子计算单器件研究取得突破向材料与器件的系统集成迈进的历史性一步。
今天，中国纯硅的突破，补齐了这条万亿级产业链最底层的基石。
为什么量子计算要用“99.99％的纯硅”呢？
要理解这两项突破性的意义相叠加的好处，倒需要先回到量子计算的基本挑战：量子比特的“相干性”（稳定性）和“可控性”（可控性）平衡问题。
目前全球主流的量子计算路线有超导、离子、中性原子和硅基半导体等。特别是硅基半导体（特别是在硅中的磷原子自旋路线）被认为寄予厚望，因为其与庞大的现代工业级半导体CMOS工艺天然契合，最具实用前景。
但是大自然给硅基芯片制造却设置了巨大的障碍。天然硅的组成元素有三种同位素：硅-28（92.2％左右）、硅-29（4.7％左右）和硅-30（3.1％左右）。这其中硅-29元素的原子核具有1/2的磁自旋。
随处可见的这些杂质核自旋就像一个永远无休止的杂乱的背景磁场在骚扰量子比特，使得量子比特信息不断丢失，这就是半导体物理术语中的“核自旋浴退相干”效应。
因此要让硅量子比特安安静静地工作很长时间，就需要把这些硅-29等杂质彻底清除，制造出一块绝对干净的“核磁真空”空间。
这就是为什么中核集团自主量产“丰度超过99.99%的硅-28”具有如此恐怖的杀伤力。在“充分”纯化的硅-28同位素衬底中，由于完全没有环境的磁噪声，磷原子核自旋相干时间可达几秒。
这就意味着量子信息能够在里面安全地“静态存储”，带来完美的量子逻辑门操作物理基础以及这一系列高保真度的“静态存储”操作。
从“单点突破”到“14|15平台”的模块化奇迹
在拥有了纯的硅28衬底之后，下一步怎样在纳米级之间摆放原子、使其协作?这也是登顶《Nature》的11比特的量子原子处理器所要回答的问题。
该研究基于一个非常著名的平台“14|15平台”（因为硅Si处于元素周期表的第14族、磷P在15族所以称为14|15）。SQC正是利用一种极其精致的氢残留光刻技术，在原子级中如纳米级一般精确地点放一个磷原子。
在这么精致的工艺中，许多磷原子的核自旋超精细地相互连接着一个其他单个分享的电子(e)，这就组成了一个高效的“多核自旋库”。这样一种特殊的构造拥有巨大的物理优势：天然有量子无损(QND)读出，可以在不损坏量子态下读出信息；
拥有原生多量子比特门，使得局域操控非常高效；
“核自旋存储＋电子自旋互联”：核自旋充当巨大的“内存”，共享电子自旋用于在寄存器间进行快速的量子门“计算”与互联。
然而，“14|15平台”之前长期被钉死在实验室的某个单点优化上，最多只能在单寄存器内操控4个量子比特；一旦想要扩充比特数，多寄存器间的量子互联就在拥挤的空间和杂电噪声下彻底崩塌，跨模块纠缠的保真度就无法企及量子纠错极限。
而这一次，Michelle Simmons院士组构建出电子交换耦合通道。研究人员在纯化的硅—28衬底上，把2个彼此连接的中心间距都精确地为13纳米的独立寄存器——1个寄存有4个磷原子核自旋的4P寄存器，1个寄存有5个磷原子核自旋的5P寄存器互联在一起，构成了9个核自旋数据量子比特、2个电子辅助量子比特的11比特原子处理器。
99.99%保真度与规模化的“反常定律”
量子计算疯狂追求比特数而不追求比特质量是没有意义的。
行业的声音是：99%的门保真度是容错量子计算的最低门槛，99.9%是对表面码量子纠错工程实用的要求。
打开这篇《Nature》论文的实验数据，让人吃惊的是控制和操作的精度。
SQC创始人Michelle Simmons讲过这样一个“颠覆性”的物理现象：“在超导、离子阱等量子系统中，大规模是一个平衡妥协的过程，系统越大噪声和串扰越大，质量越低。但我们的硅原子结构就完全不同了——随着量子比特数量的增加，整个体系的质量和控制能力却变强了”。
这种“规模扩大、质量反升”的独特反常表现，正是商业化容错量子计算梦寐以求的属性。
此外，对于11比特系统控制参数过大（96个电子自旋共振频率），团队还开发了一种具有线性扩展特性的校准协议。正常手段需要标定96个频率，工作都是琐碎地一次标一个，新协议引入测量物理关联性的模型，在2次标定参考之后便可全局推演出来并且重新标定所有的96个频率，控制效率简单粗暴地提升了48倍！
标定步骤随寄存器数量线性增长，而不是随着比特数目指数爆炸，这就意味着将来这个系统放到数百、数千比特级的情况下工程可控的依然是可行的。
纠缠的“长途损耗”以及全连通性的挑战
这款11比特原子处理器中仍然有“半导体”的物理局限所难以避免的：
论文中的多量子比特GHZ态产生实验可以看出：3量子比特GHZ态的保真度仅有92%，而量子比特纠缠的比特越多，误差的堆砌、细微的串扰开始暴露出来。当纠缠的核自旋数量高达8个时，保真度已经降至近乎50%的门槛。
50%在物理意义上还算有“真正多量子比特的纠缠”的成立，但是也反映出交叉模块的非局域长距离操作由于电子交换门过长而仍然在被微量的环境退相干的蚕食；如何做到完全保证高纯硅-28“核磁真空”的状态同时，进一步采用动态解耦、优化microwave脉冲序列的方法以及更加先进的相干控制技术的方式来锁住这股衰减，将会是接下来产业化的硬骨头。
加速到硅的容错时代
如果说新南威尔士大学和SQC在《Nature》上的论文，在软件算法、校准协议和架构设计上，为全球指明了硅基量子计算从“单点”走向“系统”的模块化路径；那么，中国中核集团的99.99%的丰度硅－28自主量产则是物理燃料上彻底斩断工业化量产的锁链。
对于硅基量子计算而言，这是一场豪赌。
它的起点很高，对材料纯度、原子级的加工精度的要求近乎苛刻；但它的终点又遥不可及，越过这个门槛，成熟的现代晶圆厂制造过程、高端导航及计量设备的整个供应链都会全线无缝承接。
中国“纯硅”的成功，宣告了我们在“高纯、稳定同位素”这一尖端半导体“根材料”上正式挺直了腰杆。
最纯净的中国硅，遇到了最前沿的模块化多核自旋寄存器架构，硅基量子芯片的商业化大幕已拉开。
[1]https://news.cctv.com/2026/06/15/ARTI9coaszWMx2q8X7RzRr27260615.shtml
[2]https://view.inews.qq.com/a/20260615A04GWL00
[3]https://mp.weixin.qq.com/s/rPA3w6gT5Ko9sNJ4c0M7dQ
