美國科學家開發超純矽材料以克服量子計算挑戰

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

新技術提升同位素富集性能

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

防止同位素污染的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

未來量子計算的挑戰

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

量子計算的最大障礙之一並非處理器或軟件，而是來自晶片內部單個原子的微小磁信號。在以矽和鍺為基礎的量子技術中，這些材料的自然版本含有會產生原子級噪音的同位素，使得脆弱的量子比特失去信息。美國能源部同位素研發與生產辦公室主任克里斯托弗·蘭德斯（Christopher Landers）表示：「多年來，量子超級計算的承諾一直受到物理世界微觀噪音的阻礙。」現時，美國能源部奧克里奇國家實驗室（ORNL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家們已開發出一種國內生產超純矽和鍺前驅材料的方法，這些材料的噪音源同位素含量低於每百萬分之一，

比全球商業可用選擇清潔超過 100 倍。他們的工藝還生產出純度達 99.9999% 的矽-28，這一里程碑有助於量子比特保持其量子狀態更長時間，同時加強美國未來量子技術的國內供應鏈。蘭德斯補充道：「通過實現前所未見的同位素純度，我們正在美國親手交付世界上最穩定的量子計算機的基礎。這不僅僅是一個漸進的步驟；這是點燃下一次技術革命的火花。」

普通矽對於量子計算機來説並不夠安靜。與傳統計算機不同，量子計算機以量子比特存儲信息，這些量子比特對周圍環境極為敏感。即使是原子級別的微小擾動也會導致量子比特失去其精細的量子狀態，這一過程被稱為去相干（decoherence）。其中一個令人驚訝的重要擾動來源來自自然存在的同位素。自然界中的矽主要是矽-28，但也含有少量的矽-29。同樣，自然鍺也包含多個同位素，包括鍺-73。

與更有用的同位素相比，矽-29 和鍺-73 具有核自旋，這是一種微小的磁性質，像是散佈在材料中的無數微型磁鐵。這些旋轉的原子核不斷產生微弱的磁波動。單獨來看，每個擾動幾乎微不足道，但它們結合在一起會產生足夠的背景噪音，幹擾附近的量子比特。研究人員多年來一直知道，去除這些同位素可以顯著改善量子硬件。例如，2014 年的一項研究顯示，從高度富集的矽-28 製造的矽自旋量子比特，其相干時間顯著長於天然矽製造的量子比特，再次強調了同位素純化材料對量子計算的重要性。

然而，生產這些高度富集的材料一直在技術上困難重重，美國依賴有限的國內富集能力和海外供應商。 美國能源部的實驗室並未重新設計量子處理器，而是專注於改善這些處理器所用的原材料。該項目將工作分配給兩個國家實驗室，各自處理製造鏈的不同部分。在奧克里奇國家實驗室，科學家們使用了一種改進版的電磁同位素分離技術（EMIS），該技術根據質量對原子進行排序。雖然基本概念可追溯至曼哈頓計劃期間使用的電磁分離器，但現代系統已經過廣泛優化。

升級後的技術可以在一次生產中隔離多個同位素，同時實現超越早期冷戰時期系統的富集性能。利用商業可用的起始材料，奧克里奇國家實驗室幾乎去除了所有的矽-29 和鍺-73，使其濃度降至每百萬分之一以下。最終的矽-28 達到了 99.9999% 的純度，而鍺產品的鍺-73 含量則少於每百萬分之一。這些富集的材料隨後被轉移到太平洋西北國家實驗室，研究人員面臨另一個挑戰。

高度純化的同位素在轉化為用於晶片製造的工業化學品時容易再次被污染。PNNL 的研究人員邁克·鮑威爾（Mike Powell）表示：「富集矽的同位素稀釋是一個挑戰性問題。」為了防止這種情況發生，PNNL 開發了新的化學轉化和純化系統，能將富集的矽和鍺轉化為超純矽烷（SiH₄）和鍺烯（GeH₄）——這些是半導體行業用來在先進晶片上沉積極薄層的餵料氣體，包括未來的量子設備。

該實驗室還現代化了熱擴散同位素分離技術（TDIS），使得氣體本身可以直接富集。這一額外步驟最小化了在傳統加工過程中可能發生的同位素稀釋風險。由於矽烷和鍺烯都是危險氣體，研究人員還建立了自動控制系統，持續監控數百個操作條件，幫助保持整個生產過程的安全性和極高的化學純度。該系統從同位素富集開始，直至結束時提供準備好用於量子設備製造的半導體級前驅材料。這項項目不僅僅是材料的突破，還恢復了美國在其歷史上的二戰時期的卡路倫（calutron）被退役後大部分喪失的能力。

新的生產管道結合了奧克里奇國家實驗室的同位素富集與太平洋西北國家實驗室的化學轉化、純化和直接氣體富集，創造了一個國內的半導體級材料來源，用於未來的量子技術。相同的富集方法還可以生產其他與量子相關的同位素，包括鍺-70、鍺-76 和釔-171，這些同位素用於多種量子計算架構。蘭德斯表示：「憑藉奧克里奇國家實驗室的這些能力，以及太平洋西北國家實驗室的互補能力，同位素研發與生產辦公室有能力提供前所未有的矽、鍺及其他同位素的同位素和化學純度，以滿足量子研究所需的物理形式。」

然而，這一突破並未立即消除量子計算的最大障礙。研究人員仍然需要證明，超純材料能持續改善商業量子設備，並且擴大生產到工業規模仍需要持續的投資。美國能源部表示，未來的工作將專注於簡化製造過程、降低污染風險以及增加這些材料的供應——這些步驟可以加強美國的量子計算和半導體供應鏈。

超純材料對量子計算的影響

美國科學家在超純矽和鍺的開發上取得突破，這對量子計算至關重要。這些材料的純度提高可顯著減少背景噪音，從而延長量子比特的相干時間。儘管新技術已經顯示出優越的性能，研究人員仍需進一步證明這些材料在商業量子設備中的持續效益。此外，擴大生產規模和簡化製造過程將是未來的重點，這不僅有助於量子計算的發展，還能強化美國在半導體供應鏈中的地位。