硅基量子芯片材料难关攻克，国产化成长空间正式打开

前言：

2026年6月15日，我国中核集团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。长期以来，这一材料100%依赖进口，不仅采购价格高昂，供货也十分不稳定，这一突破彻底解决了硅基量子计算“无米之炊”的燃眉之急。

作者 | 方文三
图片来源 | 网络

硅-28的重要性：量子计算的“纯净基石”

要理解这次突破的分量，先要搞清楚硅-28为什么如此关键。硅-28被誉为“世界上最纯净的硅”，是比钻石还纯净的晶体，是研制硅基量子芯片不可或缺的核心材料。

硅在自然界中存在三种稳定同位素：硅-28、硅-29、硅-30。其中硅-28占约92.2%。硅-28的原子核自旋为零，能够极大降低量子计算中的环境噪声干扰。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用了一个更直观的解释：硅基量子计算实际上是在测量自由电子的量子比特位，硅-28原子核没有自旋，而硅-29因为原子核有自旋，在测量时两者会形成干扰，直接影响人类对量子比特位操控和检测的时间。按照相关专家提出的要求，最好把硅-29全部去掉。

所以，要把干扰降到最低，就必须把硅-28的丰度从92.2%提高到99.99%以上。超高丰度硅-28能够使量子比特的相干时间提升三个数量级，极大提高运算容错率和芯片稳定性。这就是它被称为“世界上最纯净的硅”的原因。

“从92%到99.99%”：一场物理极限的挑战

获取高丰度的硅-28，难度堪比“在黄米里挑出细微差别的小米”。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，每一步都在挑战物理与工程的双重极限。“相当于1万个硅原子放到面前，需要准确识别出那1个有差异的原子，并把它剔除出去”。从原料提纯到分离富集，任何一个环节的扰动都会让丰度掉下来。

长期以来，全球稳定同位素制备技术壁垒极高，仅有极少数国家具备规模化生产高丰度硅-28的能力，相关材料长期属于严控出口品类。欧洲掌握着全球主要的稳定同位素研发和生产，这已成为制约我国量子科技、先进制程半导体等关键产业链自主可控的重要环节。

此次突破由中核集团旗下中国原子能工业有限公司所属核工业理化工程研究院研发。该院项目团队持续推动稳定同位素技术的工程化与产业化，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。

战略意义：从“点状突破”到“链式发展”的跃升

这次突破的意义，远超“一种材料实现国产”本身。它标志着我国在构建自主可控、协同高效的稳定同位素产业格局方面迈出实质性步伐。首先是解决“卡脖子”问题。蔡伟直言：“硅基量子计算必须用硅-28同位素作为基石，如果做不到，想要构建自主的、完整的量子计算产业，几乎就不可能实现。从海外进口，那这会严重地受制于人。”中国的量子芯片团队可以设计出精巧的器件结构、可以搭出低温测试平台，但如果核心衬底材料的供应链握在别人手里，整个上下游就始终悬着一把剑。

其次是打通产业链关键环节。这次突破不仅实现了分离技术的突破、填补了国内空白，更是实实在在补齐了产业链的关键环节，对我国量子科技、高端芯片产业发展具有重要意义。第三是政策收官之年交出答卷。此次突破正值《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。我国稳定同位素产业正从零散的“点状突破”，尝试向自主可控、协同高效的链式格局跃升。

延伸影响：不止于量子计算

超高丰度硅-28的应用价值远不止于量子计算。核理化院方面表示，该材料在先进制程半导体、高端导航、计量基准等前沿科技领域同样具有不可替代的战略价值。在先进制程半导体领域，超高纯度硅能显著提升芯片的运行效能与稳定性。在高端导航领域，它有助于提升精确度。在计量基准等基础物理研究领域，它同样是不可或缺的关键材料。

此外，稳定同位素在核医学成像、精准放疗、核安保溯源、环境追踪等领域也具有不可替代的价值。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、深空探测等重大需求，开展系列稳定同位素产品的研发。

从资本市场来看，这一突破迅速引发关注。国盾量子、华工科技、光迅科技等19只相关个股获得机构密集评级，其中3家获机构一致预测2026年营业收入增长率超40%。

国产化成长空间：硅基量子芯片产业化

这次材料突破最深远的意义在于：如果未来硅基量子计算成为主流方向，那么中国现有半导体产业基础将直接转化为量子产业优势。与此同时，全球量子计算产业也在加速演进。根据ICV数据，全球量子计算市场规模2023年为47亿美元，预计2028年增长到434亿美元，到2035年将达8117亿美元。2025年被一些机构定义为硅基半导体量子计算产业元年，这条路线已成为当前量子计算工业化落地的核心突破口。