計算機芯片的硅凈化可以追溯到 1950 年代，雖然該行業(yè)已經達到了傳統(tǒng)計算機芯片的可行純度標準，但量子計算仍然需要更純凈的硅。因此，英國的研究人員已經開發(fā)出消除破壞硅中微妙量子比特狀態(tài)的同位素的方法。這個過程可以使基于硅的量子計算更加可行和具有成本效益。
硅-28 （28Si）同位素占天然硅的90%以上。但 4.5% 的原硅是29硅，含有一個額外的中子，它有效地使同位素具有凈核自旋，可以對硅量子比特的微妙電子自旋態(tài)造成嚴重破壞。因此，要使量子計算機具有最大的相干時間，從而使計算機能夠承受最長和最復雜的計算29應盡可能從硅量子比特襯底中去除或提取硅。

“使用可以集成到工業(yè)過程中的方法獲得更高的純度將立即......[使]這項技術能夠擴展到改變世界的應用程序所需的數百萬個量子比特。
—安德烈·薩拉伊瓦（ANDRE SARAIVA），迪拉克

“把自旋想象成一塊微小的磁鐵，”總部位于德克薩斯州奧斯汀的Moore Insights&Strategy的首席分析師Paul Smith-Goodson說?！凹兓墓?28沒有自旋。沒有自旋的量子比特可以在更長的時間內保持其量子態(tài)。硅的同位素，如硅-29，確實有自旋。自旋產生足夠的磁噪聲來干擾量子比特的量子態(tài)并使其坍縮。
總部位于悉尼的量子計算初創(chuàng)公司Diraq的固態(tài)理論負責人Andre Saraiva表示，擴展?jié)摿赡芎艽??！肮柚械淖孕孔颖忍鼐哂袠O好的保真度，但只有在一些同位素純化之后，”他說?！笆褂每梢约傻焦I(yè)流程中的方法獲得更高的純度，將立即為我們提供更好的一致性和更輕松的操作，使該技術能夠擴展到改變世界的應用所需的數百萬個量子比特?！?br/>
雖然已經做出了一些努力來減少29硅晶圓中的硅，它們取得了有限的成功。來自英國曼徹斯特大學和澳大利亞墨爾本大學的一組研究人員提出了一種新的方法來解決這個問題。他們沒有嘗試純化整個硅晶圓，而是選擇減少29僅量子比特將使用的區(qū)域的 Si 含量。
標有 Nat Si 的灰色矩形的插圖，有 7 個藍色和金色矩形標有控制芯片，28、29 和 30 Si 的彩色點落入稱為富集區(qū)域的部分，然后是一個標有 29Si 的紅色矩形，10 ppm。在一種新的純化技術中，聚焦的硅-28離子束撞擊天然硅晶圓，迫使不需要的硅-29同位素，該技術可用于使硅晶圓更適合容納精密的自旋量子比特。 自然通訊資料
為了實現(xiàn)這一點，他們將晶圓置于真空中，并用聚焦的離子束轟擊目標區(qū)域28硅原子。當光束撞擊晶圓時，它會置換現(xiàn)有的硅原子，取而代之的是28硅同位素。他們使用了一種產生直徑約為500納米的光束的裝置。該光束在邊長 22 微米的方形目標區(qū)域進行光柵掃描。研究人員說，這足以容納一個12,000量子比特陣列。然后，晶圓經過兩步退火工藝，將輻照材料返回到晶相。
研究人員設法生產出低于百萬分之三的樣品29Si—約1/10,00029硅雜質比天然硅中存在的雜質。
通過僅處理目標區(qū)域，該過程比其他試圖物理分離同位素的過程（例如通過離心機）更有效和可擴展。離子束富集工藝的另一個優(yōu)點是它不會將其他污染物引入硅晶圓中。其他程序可能會在富集過程中引入額外的碳和氧。
曼徹斯特大學先進電子材料教授理查德·庫里（Richard Curry）表示，研究團隊希望開發(fā)一種“可擴展且與標準硅器件加工兼容”的技術?！斑@使得它在未來的硅基量子技術制造中得以采用。