Líneas estrechas de iterbio: nuevas frecuencias para relojes cuánticos exprés
La luz que un átomo emite o absorbe es como una huella dactilar: cada elemento tiene su propio patrón de líneas. En el ion de iterbio (un átomo que ha perdido un electrón) se han encontrado tres nuevas líneas que antes no se utilizaban. Estas líneas son muy estrechas, como rendijas finas en una valla a través de las cuales se ve lejos y con nitidez.
La estrechez de las líneas se debe a que tanto el estado superior como el inferior viven inusualmente mucho tiempo. Normalmente, un átomo excitado pierde energía rápidamente, como una pelota que rueda cuesta abajo. Aquí, en cambio, la pelota se queda atascada en un estante y puede permanecer allí durante milisegundos, lo que en términos atómicos es una eternidad. Estos estados de larga vida son convenientes para almacenar información cuántica: el qubit no se destruirá por un empujón accidental.
Los científicos midieron las frecuencias absolutas de estas transiciones con alta precisión. Es como conocer la dirección exacta de una casa para poder volver a ella sin error. También midieron los desplazamientos de frecuencia en diferentes isótopos (átomos con distinto número de neutrones) y la estructura hiperfina, pequeñas divisiones de las líneas debidas a la interacción del electrón con el núcleo.
Uno de los nuevos estados resultó especialmente atractivo: se puede excitar con un láser y vive mucho tiempo porque decae mediante radiación magnética lenta. Es un candidato ideal para un qubit de larga vida, una celda de una computadora cuántica. Las nuevas líneas estrechas complementarán las ya conocidas y ayudarán a construir relojes más precisos y a buscar desviaciones del modelo estándar de la física.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2602.07352
We present the observation of three semi-forbidden transitions in singly-ionized ytterbium from the metastable $$^{2}\mathrm{F}^o_{7/2}$$ state. Owing to the long lifetimes of both the upper and lower states involved, these transitions are narrow and complement those already frequently used in this atom for quantum information and searches for new physics. We report the absolute frequencies of these electric quadrupole transitions, their isotope shifts, hyperfine structure, and measurements of the quadrupole transition moments. We find that the spontaneous lifetimes of these excited states are limited by slow magnetic dipole emission to lower-lying, odd-parity states, the lowest of which is accessible by laser excitation from $${}^2\mathrm{F}_{7/2}^o$$ and is an attractive candidate for hosting a long-lived qubit.
El iterbio debe su nombre a la localidad sueca de Ytterby, donde se encontró un mineral con este elemento. En esa misma cantera se descubrieron otros tres elementos: itrio, terbio y erbio.