La meccanica quantistica incorpora alcune proprietà molto poco intuitive della materia. sovrapposizione quantistica, Per esempio, permette a un atomo di trovarsi simultaneamente in due stati diversi con il suo asse di spin puntato sia in alto che in basso, o combinazioni intermedie. Un computer che utilizza la manipolazione meccanica quantistica di atomi o particelle ha quindi molte più opzioni possibili rispetto a un computer convenzionale che funziona con "zeri" e "uno" e ha solo due scelte, chiamati bit. La memoria di un computer quantistico utilizza invece i cosiddetti bit quantistici - qubit - e ogni qubit può trovarsi in una sovrapposizione di questi due stati. Di conseguenza, i fisici teorici stimano che un computer quantistico con solo un centinaio di questi qubit potrebbe in linea di principio superare la potenza di calcolo dei potenti computer classici attuali. Costruire un computer quantistico è quindi uno dei principali obiettivi tecnologici della fisica e dell'astrofisica moderne.

CfA fisico Hannes Pichler, dell'Istituto di Atomica Teorica del CfA, Fisica Molecolare e Ottica (ITAMP), e tre colleghi hanno proposto un nuovo modo per costruire un computer quantistico utilizzando un solo atomo. I quanti di luce (fotoni) possono essere utilizzati come vettori di informazioni e agire come qubit, ma per usarli in un computer quantistico devono interagire tra loro.

In condizioni normali, però, la luce non interagisce con se stessa e quindi la sfida è creare correlazioni tra loro. L'idea chiave del loro nuovo articolo è quella di consentire ai fotoni di luce di un atomo di interagire con i propri riflessi dell'immagine speculare. I fotoni emessi dall'atomo vengono riflessi dallo specchio e possono interagire nuovamente con l'atomo ma con un ritardo di tempo molto lieve. quel ritardo, gli scienziati mostrano, risulta nella forma d'onda combinata dei fotoni così complessa che in linea di principio qualsiasi calcolo quantistico può essere ottenuto semplicemente misurando i fotoni emessi.

La scoperta teorica non è solo una svolta concettuale nell'ottica quantistica e nell'informazione, apre le porte alle nuove tecnologie. In particolare, la configurazione del singolo atomo proposta è attraente poiché riduce al minimo le risorse necessarie e si basa solo su elementi che sono già stati dimostrati in esperimenti all'avanguardia.