Un equipo ha logrado medir por primera vez transiciones vibracionales prohibidas en un único ion molecular de nitrógeno (N₂⁺) mediante espectroscopia de lógica cuántica. La técnica, desarrollada originalmente para relojes atómicos de iones atrapados, permite sondear transiciones que apenas acoplan a la luz y que, por tanto, son inaccesibles a la espectroscopia óptica convencional. El resultado abre una vía para estudiar moléculas diatómicas simples con una precisión hasta ahora reservada a los átomos.

Las transiciones vibracionales prohibidas son aquellas cuya probabilidad de absorción o emisión es extremadamente baja por reglas de selección. En iones moleculares atrapados, detectarlas exige un método indirecto: en lugar de buscar el fotón que excita la molécula, se acopla el estado vibracional de N₂⁺ al estado electrónico de un ion auxiliar (típicamente un ion atómico como Ca⁺ o Be⁺) atrapado en la misma trampa. El ion auxiliar actúa como qubit de lógica y como detector: su estado interno revela si la molécula ha cambiado de estado vibracional.

La espectroscopia de lógica cuántica funciona midiendo el estado del ion auxiliar tras aplicar pulsos láser que intentan inducir la transición vibracional en N₂⁺. Si la transición ocurre, el acoplamiento de Coulomb entre los dos iones atrapados modifica la frecuencia del modo normal compartido y, con ello, la dinámica del ion auxiliar. Midiendo repetidamente este qubit se reconstruye la probabilidad de transición con una sensibilidad que no depende de que la molécula emita o absorba luz de forma apreciable.

El interés de N₂⁺ radica en su simplicidad: es una molécula diatómica con dos núcleos idénticos, lo que la convierte en un banco de pruebas limpio para la teoría molecular y para la electrodinámica cuántica en moléculas. Medir sus transiciones vibracionales con precisión permite poner a prueba cálculos ab initio de la estructura molecular y explorar posibles variaciones de las constantes fundamentales. El método, además, es trasladable a otras especies moleculares atrapadas, un paso hacia relojes moleculares y sensores cuánticos basados en iones moleculares.