中核集团核工业理化工程研究院15日介绍，我国科学家在稳定同位素富集与高纯硅制备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，产品关键指标达到国际先进水平。科研团队介绍，这项科研突破，将为我国硅基量子计算芯片的自主研制，以及先进制程半导体、精确导航、计量基准等前沿科技领域高质量发展提供坚实支撑。
要了解这项科研突破，首先要回答一个问题，什么是量子计算。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介绍，我们日常使用的电脑、手机依靠经典逻辑计算，基本单元只有0和1两种状态，而量子计算依托量子叠加、纠缠特性，量子比特可同时承载多种状态，能并行处理海量复杂运算，专攻传统计算机难以攻克的难题。
蔡伟：也就是说，每个点位上所存储的信息和计算量会跟常规逻辑计算有指数级的上升，特别适合在需要大量并行计算的时候。什么时候可能会需要并行计算？比如说预报天气，需要地面的观测数据、卫星的观测数据等，去推断一个地区接下来天气会怎么演变，这里面所用到的模型和参数变量会非常多。再如，生物制药研发领域，生物新药的结构会非常复杂，用量子计算可以比较好地给出一些理想的分子模型，快速推动药物的研发。
科研人员介绍，当下，量子计算处于多条技术路线协同推进的过程中，包括超导、硅基量子点、光量子、离子阱等。其中，由于硅基量子点路线在后续进行量子芯片生产时所使用的制造工艺和目前代际半导体芯片的制造工艺基本一致，所以被认为将在未来大规模发展量子计算时具有突出优势。这就说到此次科研突破的关键——为什么高纯硅对硅基量子芯片如此重要？蔡伟解释，其原因就在于硅-28这种硅的稳定同位素的独特属性。
如果把硅-29定义为“杂质”，“杂质”多了，量子计算就会失败。而此次，中国科学家直接把硅-28的丰度，从自然状态下的92%左右提升到99.99%，并且实现公斤级量产。
蔡伟：硅基量子计算必须硅-28同位素作为基石，如果做不到，我们想要构建自主的、完整的量子计算产业，几乎就不可实现，从海外进口，那这会严重地受制于人。AI大模型会用到很多并行计算，量子计算如果跟AI融合，有可能会更上一个台阶。还有先进半导体，已经有明确的研究表明在2至3纳米及更加先进的半导体领域，使用硅-28，会提升芯片整体的运行效能以及稳定性。还有高端导航，硅-28同位素对导航的精确度会有很大提升。
