Os fótons são considerados portadores de informação ideais e espera-se que desempenhem papéis importantes na comunicação quântica e no processamento de informações, onde a mecânica quântica permite a distribuição de chaves criptográficas absolutamente segura, bem como a computação muito mais rápida do que os computadores convencionais. A fim de aproveitar ao máximo as informações quânticas transportadas pelos fótons, é importante fazer com que interajam diretamente entre si para o processamento das informações.

Contudo, os fótons geralmente não interagem uns com os outros. Portanto, é necessário mediar essas interações com a matéria para realizar a interação fóton-fóton eficaz, mas a interação de matéria leve é ​​geralmente extremamente fraca em meios normais.

Haruka Tanji-Suzuki e colegas do Institute for Laser Science, a Universidade de Electro-Communications, Tóquio, estão atualmente trabalhando para desenvolver dispositivos quânticos totalmente ópticos que são sensíveis a uma única entrada de fóton, como uma única troca de fóton em que um fóton que entra muda o estado de outro fóton.

A fim de perceber a forte interação de matéria leve que é necessária para tais dispositivos, A Tanji-Suzuki usa um conjunto resfriado a laser de átomos de 87Rb (~ 10 uK) presos em um ressonador óptico de alta finesse (finesse ~ 50000) em uma câmara de ultra-alto vácuo. Notavelmente, a fim de trocar um fóton por um fóton em tal sistema, os pesquisadores usam um efeito conhecido como 'transparência induzida por vácuo', observado recentemente por Tanji-Suzuki et al., em que um campo eletromagnético tão fraco quanto um campo de vácuo (luz sem fótons) é mostrado para alterar as propriedades ópticas dos átomos.

"A realização de tais dispositivos de fóton único totalmente óptico será um grande passo em direção à geração de emaranhamento de modos múltiplos determinísticos, bem como portas quânticas fotônicas de alta fidelidade que são cruciais para o processamento de informações quânticas totalmente ópticas, "diz Tanji-Suzuki.