脚下随处可见的普通沙子，看似平平无奇，却是前沿科技核心基材——硅的原料。
   沙子的主要成分是二氧化硅，蕴藏着丰富的硅元素。不过，原生态沙子杂质满满，结构粗糙杂乱，完全无法用于芯片制造，只能算是硅原料的“毛坯”，褪去杂质、提纯塑形是它脱胎换骨的关键。
  硅是地球储量极丰富的元素，也是手机、电脑等传统半导体芯片的基础原料。但很多人并不知道，量子芯片使用的硅跟普通芯片的硅完全不同。
   天然硅并不是纯净物，它混合了硅-28、硅-29、硅-30三种同位素，其中硅-28占92.2%，剩下近8%都是另外两种同位素杂质。
  普通商用硅，只需满足传统半导体的导电、绝缘性能即可，无需区分细微的同位素差异。但在量子计算领域，细微杂质也是致命“干扰源”，会造成运算错误。
   硅的三种同位素中，硅-29自带核自旋，会彻底扰乱量子比特的运算状态；硅-30虽没有核自旋，但天然丰度太低；硅-28无核自旋，如果能将其丰度提升至99.99%以上，就能最大程度剔除硅-29和硅-30，是适配量子计算的优质材料。
  实验数据表明，硅-28的丰度每往上提一个量级，量子比特的相干性能就会有量级的改善——从92%到99.99%，相当于把喧闹的菜市场，换成一个安静的隔音室。
   很多人好奇，提升一种物质的丰度真的很难吗？有人甚至认为，用某种化学反应就能去除硅-29、硅-30杂质！但这些都行不通。硅的三种同位素仅中子数量不同、质量存在细微差异，化学性质完全一模一样。燃烧、分解、化合等所有常规化学提纯方法，都无法区分、分离它们，这也是此前超丰度硅-28长期被国外垄断、国产化难以突破的核心原因。
   我国科研团队另辟蹊径，创新采用物理分离富集技术，依托精密分离设备捕捉三种同位素的质量差值，在不改变硅原料总质量、不发生化学反应的前提下，实现了精准筛分。“提升硅-28丰度，不是靠化学反应变魔术，而是像‘筛豆子’一样把不同质量的同位素分开——让较轻的硅-28富集到一侧，较重的硅-29、硅-30富集到另一侧，总量不变，但各组分的丰度被改变了。这套技术原理易懂，但工程落地难度极高，需要攻克精密操控、环境控制、规模化稳定生产等多重难题。超丰度硅-28的自主量产，标志着我国掌握了高精度同位素物理分离产业化技术，有望填补国内高端硅基同位素材料的产业空白。（改编自科普时报 2026年6月26日）