將兩束雷射束對準，使它們彼此交叉，並且每束光都像另一束光不存在一樣穿過。光線不能與另一束光線相互作用——或者可以嗎？藉助單個原子，物理學家設計了一個系統，其中一束光可以開啟或關閉另一束光。這種光開關可以作為未來光學量子計算機的基本元件，並可能有助於開闢通往量子網際網路的道路，量子網際網路將提供牢不可破的資料安全性。
該裝置利用了一種稱為電磁感應透明的現象，其中雷射束可以使不透明的原子雲暫時對窄波長的光透明。然後，原子雲可以充當第二束光的開關，使其透過或阻擋它。結果類似於電子電路中電晶體發生的情況，其中在一個電極上施加的電壓控制電流是否可以在另外兩個電極之間流動。
量子計算等應用需要將光束控制到單個光子的級別，光子是光的基本粒子。德國加興馬克斯·普朗克量子光學研究所的物理學家馬丁·穆克說，為此目的，單個原子比原子雲更好。他和他的合作者捕獲了一個銣原子，並用兩束不同的雷射束瞄準它：一束用於探測或傳輸，另一束用於切換。通常，原子充當探測光束中光子的屏障，因為它會首先吸收它們——從“基態”變為“激發態”——然後將它們射回，即反射它們。這種情況將構成裝置的“關閉”狀態。
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但是，開啟開關光束會改變原子的可能狀態，使其現在具有兩個不同的基態。然後，探測光束有兩種不同的激發電子的方式，每種方式都從不同的基態開始，但在描述原子量子力學性質的數學中，這兩種可能性相互抵消，因此不可能發生激發。因此，探測光束光子可以穿過而不是被吸收，這標誌著“開啟”狀態。
使單個光子相互作用可能很有用，因為光子可以攜帶量子資訊單位，稱為量子位元。它們可以同時存在於兩種狀態，從而同時表示二進位制程式碼的 0 和 1。由於這個特性，量子計算機可以並行執行某些操作。原則上，它們可以快速執行普通計算機無法完成的計算，至少在太陽膨脹並烘烤地球五十億年之後才能完成。
馬克斯·普朗克的格哈德·雷姆佩是該團隊的資深研究員，他指出，單原子裝置可以做的不僅僅是簡單的開關。例如，它可以儲存光子並在需要時釋放它們，而不會損壞它們脆弱的量子態——這種應用被稱為量子隨機存取儲存器，這對於量子網際網路的資料路由器至關重要。在這樣的網路中，隱私受到量子物理定律的保證[參見“隱私和量子網際網路”，作者：Seth Lloyd；大眾科學，2009年10月]。
新裝置仍需改進：在關閉位置，原子仍然讓第二束光中 80% 的光子透過。但研究人員表示，直接的改進，例如保持原子更冷，可以將這個數字降至 10%，甚至 0%。 （更重要的限制是處理單個原子需要相當精密的物理實驗室。）該團隊於 6 月 10 日在《自然》雜誌上發表了他們的結果。（大眾科學是自然出版集團的一部分。）
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的量子光學專家保羅·G·克維亞特評論說，目前該裝置的低效率限制了其用途。但他指出，如果該團隊能夠提高效率，它“可能會開闢一種新的、可能高效的量子計算方法”。