中核集团公告确认:我国已实现丰度99.99%的硅-28同位素批量量产,全流程技术指标均有据可查。业内将其战略意义与“两弹一星”并列,并非虚言,而是基于同等的自主可控与实测数据支撑。
2026年6月15日,这份来自中核集团的正式官宣,迅速在国内科技圈引发强烈震动。此次实现量产的高丰度硅-28,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历经四年攻关完成,产品关键指标达到国际先进水平,它是真正实现了工业化、公斤级的稳定产出,是可以直接支撑产业应用的硬核成果。
很多人或许会疑惑,不过是一种硅材料的提纯技术,为何能称得上史诗级突破,甚至能和两弹一星的分量相提并论?答案藏在肉眼不可见的原子世界里,也藏在国外长达数十年的技术封锁与产业垄断中。
天然存在的硅元素,本质上是三种稳定同位素的混合体:硅-28占比约92.2%,硅-29约占4.7%,硅-30约占3.1%。对普通半导体产业来说,这样的天然配比完全可以满足生产需求,但对被视为下一代科技革命核心引擎的量子计算来说,那不到 8% 的其他同位素,却是足以毁掉整套系统的致命 “噪音源”。
尤其是占比4.7%的硅-29,它的原子核自带自旋属性,会在微观尺度持续产生磁噪声,就像一台永远关不掉的干扰电台,不断打乱量子比特的稳定状态,大幅缩短量子态的维持时间。量子计算的核心就在于对量子比特的精准操控,一旦相干时间过短,所有的复杂运算都无从谈起。
而硅 - 28 的原子核自旋为零,是近乎完美的 “无噪基底”。只有把硅-28的丰度提升到99.99%以上,才能最大限度消除核自旋干扰,让硅基量子芯片的量子比特相干时间从微秒级提升到毫秒甚至秒级,真正具备实用化价值。也正因如此,高丰度硅-28被誉为 “世界上最纯净的硅”,是硅基量子芯片研发绕不开的核心基础材料。
但想要把硅-28从天然混合态中提纯到99.99%以上,难度远超绝大多数人的想象。硅的三种同位素化学性质几乎完全一致,质量差仅来自一个中子的重量,想要精准分离,相当于在几万颗外观一模一样的黄豆里,挑出仅有的几百颗细微差异的黑豆,而且所有操作都要在纳米级的原子层面完成。
有参与攻关的科研人员打了个比方,如果用扫描隧道显微镜一个一个搬运原子来分离,就像用筷子夹米粒,一辈子也凑不出够用的工业级用量。要实现量产,必须靠整套成熟的同位素分离工艺与专用装备,从原料提纯到分离富集,每一步工艺都在挑战物理与工程的双重极限。
此次攻关团队接连攻克了专用装备研制、系统设计与建设、超高精度丰度控制三大核心技术难题,依托我国核工业积累数十年的同位素分离技术底子,走出了一条完全自主可控的技术路线。从2021年启动专用设备研发,到搭建整套分离系统,再到反复调试参数、优化工艺,整整四年时间,团队才最终实现了稳定量产,把曾经的 “卡脖子” 材料牢牢握在了自己手里。
在此之前,全球高丰度硅-28的规模化制备技术,被欧洲、俄罗斯等极少数国家牢牢垄断,相关产品属于战略管制物资,长期对华限制出口。国内科研机构想要获取相关材料,不仅要付出每克相当于黄金三倍的高昂成本,还要随时面临断供的风险,如同悬在中国量子科技产业头顶的达摩克利斯之剑。
这种处处受制的局面,和当年新中国研制两弹一星时的处境何其相似。核心技术买不来、讨不来,别人有的不会给你,甚至连相关的设备、材料、图纸都会严密封锁,想要不被卡脖子,只能靠自己从零开始啃硬骨头。
而这次硅-28的突破,本质上和当年的两弹一星一脉相承。两者都是依托核工业的核心技术能力,打破国外的战略封锁,把关乎国家科技安全、产业安全的核心命脉掌握在自己手中。当年我们靠自主研发造出了原子弹、氢弹,筑牢了国家安全的核盾牌;今天我们同样靠自主研发拿下了高丰度同位素量产技术,为下一代科技革命筑牢了材料底座。
这份突破的价值,远不止于量子计算一个领域。除了作为硅基量子芯片的核心基底,超高丰度硅-28在先进制程半导体、高端导航原子钟、精密计量基准、核医学成像、环境追踪等多个前沿领域,都有着不可替代的战略价值。
在先进半导体领域,2nm及以下制程的芯片对材料纯度要求近乎苛刻,硅-28材料能有效降低芯片运行中的热噪声,提升器件性能与生产良率,为我国先进制程芯片研发提供新的材料支撑。在高端导航领域,基于硅-28的原子钟能实现更高的计时精度,直接提升导航系统的定位准度,无论是民用场景还是国防应用都意义重大。
更重要的是,这次量产突破标志着我国稳定同位素产业迈出了实质性的关键一步,构建自主可控、协同高效的稳定同位素产业格局不再是遥远的远景。从钼同位素到硅同位素,核工业的技术积累正在持续向民用前沿领域转化,逐步形成覆盖多品类、多场景的同位素材料供给能力。
