Kvantmekaniken innehåller några mycket icke-intuitiva egenskaper hos materia. Quantum superposition, till exempel, tillåter en atom att samtidigt vara i två olika tillstånd med sin spinnaxel riktad både uppåt och nedåt, eller kombinationer däremellan. En dator som använder kvantmekanisk manipulation av atomer eller partiklar har därför många fler möjliga alternativ än en konventionell dator som arbetar med "nollor" och "ettor" och har bara två val, kallas bitar. En kvantdators minne använder istället det som kallas kvantbitar - qubits - och varje qubit kan vara i en superposition av dessa två tillstånd. Som ett resultat, teoretiska fysiker uppskattar en kvantdator med bara cirka hundra av dessa qubits kan i princip överstiga beräkningseffekten hos de kraftfulla nuvarande klassiska datorerna. Att bygga en kvantdator är därför ett av de tekniska huvudmålen inom modern fysik och astrofysik.

CfA fysiker Hannes Pichler, från CfA:s Institute for Theoretical Atomic, Molekylär och optisk fysik (ITAMP), och tre kollegor har föreslagit ett nytt sätt att bygga en kvantdator med bara en enda atom. Ljuskvanta (fotoner) kan användas som informationsbärare och fungera som qubits, men för att använda dem i en kvantdator måste de interagera med varandra.

Under normala förhållanden, dock, ljuset interagerar inte med sig själv och därför är utmaningen att skapa korrelationer mellan dem. Nyckeltanken med deras nya papper är att låta ljusfotoner från en atom interagera med sina egna spegelbildreflektioner. Fotoner som atomen avger reflekteras av spegeln och kan interagera igen med atomen men med en mycket liten tidsfördröjning. Den förseningen, forskarna visar, resulterar i att den kombinerade vågformen för fotonerna är så komplex att i princip vilken kvantberäkning som helst kan uppnås genom att helt enkelt mäta de utsända fotonerna.

Den teoretiska upptäckten är inte bara ett begreppsgenombrott inom kvantoptik och information, det öppnar dörren till ny teknik. Särskilt, den föreslagna enatomuppsättningen är tilltalande eftersom den minimerar de resurser som behövs och förlitar sig endast på element som redan har demonstrerats i toppmoderna experiment.