35年前，两位理论物理学家在论文里写下一条预言：镱离子有个特殊的能态，寿命大约5.2秒。他们请求实验验证。 此后股票基本条件，再没人抓住它。
直到2026年7月，荷兰阿姆斯特丹大学与澳大利亚新南威尔士大学联合团队，把这枚“长寿态”从真空里钓了出来。实测寿命1秒、10秒，证据还指向30秒以上。论文发在《物理评论A》，第一作者是博士生泽格·阿克曼。
一颗亮，一颗暗
团队用的是一套极巧妙的“双离子”方案。同一个电磁阱里囚禁两颗镱离子。一颗始终在激光照射下发出强荧光，负责持续冷却和稳定系统。另一颗是主角“暗离子”——被聚焦激光泵浦到高能区，再跌入待测的亚稳态。
跌进去的瞬间，暗离子熄灭，但电荷排斥力还在。旁边那颗亮着的伙伴因此微微偏移。盯着这个偏移信号，就能隔空判断暗离子有没有“醒”。实验者让暗离子在亚稳态里躺平，再记下它重新亮起来的时间，直接读出寿命。
测到的第一个态活了约1秒，第二个态约10秒，还有一个态显出超过30秒的迹象。
最让人兴奋的1秒态
计算表明，从基态出发，只用一发激光脉冲就能可靠地打上那个1秒态。跃迁强度相当可观，天然适合做量子信息的“读出站”。
35年前的预测者福塞特和威尔逊，当年算出的5.2秒，正是在猜这个1秒态附近的能级。考虑到镱离子极为复杂的电子构型，猜得已相当惊人。
▲ 两个Yb⁺离子被束缚在一个离子阱中。其中一个离子通过聚焦激光束被泵浦到亚稳态。另一个离子持续发出荧光，并通过其在离子阱中偏离中心的位置来指示处于亚稳态的“暗”离子的存在。通过记录暗离子重新开始荧光的时间来测量亚稳态的寿命。图片来源：阿姆斯特丹大学
中国手里的新牌
镱离子是量子世界的“六边形战士”。它既是顶尖的量子计算候选离子，也是下一代光频原子钟的核心。
量子计算上，镱离子能提供超精细基态用作量子比特，现在又多了秒级亚稳态，可直接编码成qudit——多能级量子信息单元——在单离子上做更复杂运算，同时大幅提升量子态读出保真度。 原子钟上，长寿亚稳态能隔离外界扰动，帮时间测量的不确定度继续向10⁻¹⁸甚至更低里“榨”。
中国在这两大赛道上阵容齐整。清华大学段路明团队基于镱离子平台，已完成量子纠错里程碑演示，让逻辑量子比特寿命越过纠错盈亏平衡点。中科院精密测量院的镱离子光钟，系统频率不确定度已踏进10⁻¹⁸量级，并肩世界顶尖。国防科大、中科大多支力量在纠缠和量子网络接口上屡屡刷新纪录。
这篇文章发现的长寿命能态，等于给所有这些中国装置送上了一套新操控手柄。用那个1秒态做荧光读出，能直接压低散射噪声；用10秒级态暂存量子相位，就像在嘈杂实验室里放下一张超稳的“量子沙发”。
长寿的秘密
为什么能“活”这么久？原因藏在内壳层。这些态属于4f¹³5d6s组态，4f壳层有一个空位。能级之间的电偶极跃迁被量子力学选择定则严格卡死，离子想通过放光子掉回基态，却被规则拦着，只能硬把寿命拖到秒量级。这类禁戒跃迁如今在可控单离子尺度上被精确测准，变成了可以主动调用的工程资源。
这套长寿态不限于钟和计算。把它当作量子探针，让离子在暗态下静静感受微弱磁场或电场波动，几秒后再读出，探测灵敏度会指数级上升。
35年前写在纸上的跃迁矩阵元，终于被一颗暗离子的荧光复现。此刻，国内那些正在跑量子纠错、刷光钟稳定度的镱离子阱，手上都多了一组可以在秒级时间里从容调用的量子暗态。
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