多年来，铯原子钟一直是全球计时体系的基础。随着测量技术发展，精度更高的光学原子钟被认为可能在未来几年推动国际单位制（SI）中“秒”的定义调整，但目前尚未确定将以哪一种光学钟作为依据。
PTB提出173号镱离子多离子钟方案
德国物理技术联邦研究院（PTB）在光学原子钟领域已开展多种路线研究。PTB与泰国计量研究院（NIMT）合作，提出一种基于173号镱离子的光学多离子钟方案，目标是在同一体系中兼顾单离子钟的高精度与多离子体系带来的稳定性提升。
该合作成果由Tanja Mehlstäubler团队在《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表。研究团队表示，这一进展除计时应用外，也与量子计算及对原子内部结构的基础研究相关。
单离子精度与多粒子稳定性的结合思路
在现有技术路径中，采用单离子（例如171号镱离子）的光学原子钟以高精度见长；采用多粒子（例如锶原子）的光学钟则以稳定性突出。Mehlstäubler团队此前已实现采用铟的多离子钟，并进一步探索镱的多离子方案，此次选择的是新的同位素——173号镱。团队指出，该同位素具备“特别有趣的跃迁”。
原子钟的核心在于利用原子能级之间的“跃迁”，即量子态在特定频率辐射作用下发生变化。铯原子钟使用微波辐射驱动跃迁，而光学原子钟使用激光辐射。由于光学频率更高，能够将时间划分得更细，从而实现更精确的测量。
长寿命激发态与多离子控制
研究团队称，173号镱同位素的相关量子跃迁对应一个寿命极长的激发态。第一作者余佳良表示，这有助于实现更稳定的测量，但此类跃迁通常需要强激光光源，可能带来显著缺陷。
团队进一步指出，173号镱具有特殊形状的原子核及相关独特性质，使其能够在克服上述问题的同时，实现对多个离子的同步控制，为构建光学多离子镱钟提供了路径。
对量子信息与核物理测试的意义
研究团队表示，若多离子光学镱钟得以实现，将有望在同一平台上结合单离子钟的高精度与多离子操作的稳定性。此外，该原子体系也被认为适用于量子信息处理：量子态可通过激光辐射进行高精度操控，并可用于编码更多量子信息，从而为量子计算研究提供新的可能性。
同时，团队对该“钟态”寿命的首次测量被认为可为原子核结构研究提供信息，并使得开展更敏感的核物理测试成为可能，包括对标准物理模型之外潜在效应的检验。
