Fotonen worden beschouwd als ideale informatiedragers en zullen naar verwachting een belangrijke rol spelen in kwantumcommunicatie en informatieverwerking, waar de kwantummechanica een absoluut veilige distributie van cryptografische sleutels mogelijk maakt, evenals een veel snellere berekening dan conventionele computers. Om volledig te profiteren van kwantuminformatie die door fotonen wordt gedragen, het is belangrijk om ze rechtstreeks met elkaar te laten communiceren voor informatieverwerking.

Echter, fotonen hebben over het algemeen geen interactie met elkaar. Het is dus noodzakelijk om dergelijke interacties met materie te bemiddelen om effectieve foton-foton-interactie te realiseren, maar de interactie tussen licht en materie is meestal extreem zwak in normale media.

Haruka Tanji-Suzuki en collega's van het Institute for Laser Science, de Universiteit van Elektro-Communicatie, Tokio, werken momenteel aan de ontwikkeling van volledig optische kwantumapparaten die gevoelig zijn voor een enkele fotoninvoer, zoals een enkele fotonschakelaar waarbij een binnenkomend foton de toestand van een ander foton verandert.

Om de sterke licht-materie-interactie te realiseren die nodig is voor dergelijke apparaten, Tanji-Suzuki gebruikt een lasergekoeld ensemble van 87Rb-atomen (~10 uK) gevangen in een optische resonator met hoge finesse (finesse ~50000) in een ultrahoogvacuümkamer. Opmerkelijk, om in zo'n systeem een ​​foton te wisselen met een foton, de onderzoekers gebruiken een effect dat bekend staat als 'vacuüm-geïnduceerde transparantie' dat onlangs is waargenomen door Tanji-Suzuki et al., waarin wordt aangetoond dat een elektromagnetisch veld zo zwak als een vacuümveld (licht zonder fotonen) de optische eigenschappen van atomen verandert.

"De realisatie van dergelijke volledig optische apparaten met één foton zal een grote stap zijn in de richting van deterministische multi-mode verstrengelingsgeneratie, evenals high-fidelity fotonische kwantumpoorten die cruciaal zijn voor volledig optische kwantuminformatieverwerking, ' zegt Tanji-Suzuki.