Fotoner anses vara ideala informationsbärare och förväntas spela viktiga roller i kvantkommunikation och informationsbehandling, där kvantmekanik möjliggör absolut säker kryptografisk nyckeldistribution samt beräkning mycket snabbare än konventionella datorer. För att dra full nytta av kvantinformation från fotoner, Det är viktigt att få dem att direkt interagera med varandra för informationsbehandling.

Dock, fotoner interagerar i allmänhet inte med varandra. Så det är nödvändigt att förmedla sådana interaktioner med materia för att realisera effektiv foton-foton-interaktion, men ljus-materia-interaktion är vanligtvis extremt svag i vanliga medier.

Haruka Tanji-Suzuki och kollegor vid Institute for Laser Science, universitetet för elektrokommunikation, Tokyo, arbetar för närvarande med att utveckla all-optiska kvantenheter som är känsliga för en enda fotoningång, såsom en enda fotonomkopplare där en inkommande foton växlar tillståndet för en annan foton.

För att förverkliga den starka ljus-materia-interaktion som är nödvändig för sådana enheter, Tanji-Suzuki använder en laserkyld ensemble med 87Rb-atomer (~ 10 uK) fångade i en optisk resonator med hög finess (finess ~ 50000) i en kammare med högt vakuum. I synnerhet, för att byta en foton med en foton i ett sådant system, forskarna använder en effekt som kallas 'vakuuminducerad transparens' som nyligen observerats av Tanji-Suzuki et al., där ett elektromagnetiskt fält så svagt som ett vakuumfält (ljus utan fotoner) visas förändra atoms optiska egenskaper.

"Förverkligandet av sådana heloptiska enkelfotonanordningar kommer att vara ett stort steg mot deterministisk multilägesinviklingsgenerering samt högkvalitativa fotoniska kvantportar som är avgörande för all-optisk kvantinformationsbehandling, säger Tanji-Suzuki.