Zeeman effect는 원자가 외부 자기장에 놓여있을 때 에너지 레벨이 분리되는 현상이다. IonQ는 hyperfine qubit을 사용한다. Yb, Ba 이온이 본래 갖고 있는 hyperfine structure을 활용하면 $|F=0\rangle$과 $|F=1\rangle$을 그냥 사용할 수 있다. 외부에서 무얼 해주지 않아도 원자핵과 전자가 서로 밀고 당기며 형성하는 구조이다.
이걸 바로 활용하자니 문제가 생겼다. $|F=0\rangle$ 바닥상태에서는 상관 없지만, $|F=1\rangle$에서는 $m_F = -1, m_F = 0, m_F = 1$으로 세 가지 상태가 존재했다. 그러면 우리는 이런 상태를 어떻게 분별하여 사용할 것이냐? 여기서 zeeman effect가 사용됩니다. magnetic fields를 걸어주면, 상태 $|m_F = -1\rangle, |m_F = 0\rangle, |m_F = 1\rangle$가 분리된다. 우리는 $|F=1, m_F=0\rangle$을 사용한다. 왜냐하면 $m_F=-1, m_F=1$ 에서는 magnetic fields가 조금만 흔들려도 심하게 요동치기 때문이다.
Yb : $|F=1, m_F0\rangle - |F=0\rangle = 12,642,812,118.5 Hz = 12.64 GHz$ (자외선) Ba : $|F=1, m_F0\rangle - |F=0\rangle = 9,925,455,250 Hz = 9.92 GHz$ (가시광선) 두 이온이 스핀 구조를 똑같이 공유하며, Ba은 다루기 쉬운 가시광선을 사용하기 때문에 Ba을 사용하는 것이다.