白二娃
最近，英国曼彻斯特大学与澳大利亚墨尔本大学合作，研制出一种超纯硅，可用于构建高性能量子比特设备。
硅是地球上最丰富的元素之一。用电炉把高纯度硅砂（二氧化硅）加热，就能剩下纯度99% 的硅。之后用各种办法把99% 的“纯硅”变成小数点后11 个9 的“多晶硅”。接下来通过直拉法或浮区法将纯硅熔化培育出单晶硅锭，这是制造芯片或太阳能电池的原料。不过这种纯度的单晶硅对于量子计算机来说还是不够纯。
硅的同位素
与经典计算机不同，量子运算本质上是在物理层面对量子比特进行操作。我们用相干时间来描述一个量子系统能够保持其量子特性（如叠加或纠缠状态）的时间，这是衡量量子计算机性能的关键性参数。长的相干时间意味着允许执行更复杂的量子运算实现更复杂的量子算法。在硅基量子计算机实验中，科学家发现不管硅的纯度到了小数点后多少个9，到了量子世界它们表现都不能让人满意。
这是因为硅有硅-28、硅-29、硅-30 三种稳定的同位素，从自然界中提纯的硅不论它的纯度有多高，其中的三种同位素比例都是硅-28 占92.23%、硅-29 占4.67%、硅-30占3.10%。
地球上不同地点岩石中硅同位素比例有微小的差距。地址学家、生物学家和环境科学家正是利用这种细微不同将硅比例作为地质上的灵敏示踪剂。
同位素的量子力学影响
在量子世界中，用核自旋描述原子核的角动量，它是原子核的量子力学基本性质之一。核自旋是量子化的，它只能取特定的值，对于一个给定的原子核，核自旋的数值I 可以是0、1/2、1、3/2 等。
硅-28 的原子核中质子数和中子数都是偶数（原子核中有14 个质子和14 个中子），根据核自旋的规则，偶数- 偶数核通常具有零自旋。而硅-29 和硅-30 中至少有一个核子（质子或中子）未成对，导致它们有非零的自旋，硅-29（有15 个中子）的核自旋为1/2、硅-30（有16 个中子）的核自旋为2。
电子的自旋状态可以在量子计算机中作为量子比特使用，但是有自旋的硅-29 和硅-30 会与电子自旋耦合，这导致电子的相干时间变短。而核自旋为零的硅-28 可以显著提高电子的相干时间。因此，只要能提高硅-28 的纯度，就能显著提高硅基量子计算机的鲁棒性。
如何获得更纯的硅-28
常见的同位素富集方法有离心分离、电磁分离、化学气相沉积（CVD）、激光分离、气体扩散和离子注入等。
较重的同位素会被推向离心机的外侧，比如铀-235 比铀-238 轻3%，通过连续离心可以逐步提高铀-235 的纯度。
电磁分离可以利用磁场偏转带电粒子，不同质量的同位素粒子在磁场中偏转程度不同，用挡板就能去掉目标之外的同位素。
化学气相沉积是利用不同同位素气体在化学反应时反应速度会存在微小差异，比如较轻硅-28 更容易参与反应在衬底表面形成硅薄膜。
英国曼彻斯特大学与澳大利亚墨尔本大学的研究团队，找到了目前能够获得最纯硅-28 的办法，他们用Wien 滤光片过滤获得了高纯度硅-28 的离子束，然后用聚焦获得高密度离子束，用高密度离子束对自然硅晶片进行辐照，能把目标区域晶格中的硅-29 和硅30 打出去。
根据离子质谱和透射电镜的分析，他们在硅晶片表面看到了250nm 厚的高纯度硅-28，其中的硅-29 残留为2.3 ± 0.7ppm、硅-30 残留0.6 ± 0.4 ppm，碳和氧元素的残留未检出。这一实验成果是当前世界各实验项目中最好的。
未来，通过进一步的优化和工艺改进，该技术有望获得世界上最纯净的硅，为创建100 万个量子比特的量子计算机提供一种可能。
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