De kwantummechanica bevat enkele zeer niet-intuïtieve eigenschappen van materie. Quantum superpositie, bijvoorbeeld, staat een atoom toe om gelijktijdig in twee verschillende toestanden te zijn met zijn spin-as zowel naar boven als naar beneden gericht, of combinaties daartussenin. Een computer die gebruik maakt van kwantummechanische manipulatie van atomen of deeltjes heeft daarom veel meer mogelijkheden dan een conventionele die met "nullen" en "enen" werkt en slechts twee keuzes heeft, bits genoemd. Het geheugen van een kwantumcomputer gebruikt in plaats daarvan zogenaamde kwantumbits - qubits - en elke qubit kan zich in een superpositie van deze twee toestanden bevinden. Als resultaat, theoretische fysici schatten dat een kwantumcomputer met slechts ongeveer honderd van deze qubits in principe de rekenkracht van de krachtige huidige klassieke computers zou kunnen overtreffen. Het bouwen van een kwantumcomputer is daarom een ​​van de belangrijkste technologische doelen in de moderne natuur- en astrofysica.

CfA-fysicus Hannes Pichler, van het CfA's Institute for Theoretical Atomic, Moleculaire en optische fysica (ITAMP), en drie collega's hebben een nieuwe manier voorgesteld om een ​​kwantumcomputer te bouwen met slechts een enkel atoom. Lichtquanta (fotonen) kunnen worden gebruikt als informatiedragers en fungeren als qubits, maar om ze in een kwantumcomputer te gebruiken, moeten ze met elkaar communiceren.

Onder normale omstandigheden, echter, licht heeft geen interactie met zichzelf en daarom is het de uitdaging om correlaties tussen hen te creëren. Het belangrijkste idee van hun nieuwe paper is om lichtfotonen van een atoom te laten interageren met hun eigen spiegelbeeldreflecties. Fotonen die het atoom uitzendt, worden weerkaatst door de spiegel en kunnen opnieuw met het atoom interageren, maar met een zeer kleine vertraging. die vertraging, de wetenschappers laten zien, resulteert in een gecombineerde golfvorm van de fotonen die zo complex is dat in principe elke kwantumberekening kan worden bereikt door simpelweg de uitgezonden fotonen te meten.

De theoretische ontdekking is niet alleen een conceptuele doorbraak in kwantumoptica en informatie, het opent de deur naar nieuwe technologie. Vooral, de voorgestelde opstelling met één atoom is aantrekkelijk omdat het de benodigde middelen minimaliseert en alleen vertrouwt op elementen die al zijn aangetoond in ultramoderne experimenten.