La mecánica cuántica incorpora algunas propiedades de la materia muy poco intuitivas. Superposición cuántica, por ejemplo, permite que un átomo esté simultáneamente en dos estados diferentes con su eje de giro apuntando hacia arriba y hacia abajo, o combinaciones intermedias. Por lo tanto, una computadora que utiliza la manipulación mecánica cuántica de átomos o partículas tiene muchas más opciones posibles que una convencional que trabaja con "ceros" y "unos" y solo tiene dos opciones, llamados bits. La memoria de una computadora cuántica utiliza en cambio lo que se llaman bits cuánticos, qubits, y cada qubit puede estar en una superposición de estos dos estados. Como resultado, Los físicos teóricos estiman que una computadora cuántica con sólo unos cien de estos qubits podría, en principio, superar la potencia de cálculo de las potentes computadoras clásicas actuales. La construcción de una computadora cuántica es, por tanto, uno de los principales objetivos tecnológicos de la física y la astrofísica modernas.

CfA físico Hannes Pichler, del Instituto de Atómica Teórica de la CfA, Física Molecular y Óptica (ITAMP), y tres colegas han propuesto una nueva forma de construir una computadora cuántica usando un solo átomo. Los cuantos de luz (fotones) se pueden utilizar como portadores de información y actuar como qubits, pero para usarlos en una computadora cuántica deben interactuar entre sí.

Bajo condiciones normales, sin embargo, la luz no interactúa consigo misma, por lo que el desafío es crear correlaciones entre ellos. La idea clave de su nuevo artículo es permitir que los fotones de luz de un átomo interactúen con sus propios reflejos de imagen especular. Los fotones que emite el átomo son reflejados por el espejo y pueden interactuar nuevamente con el átomo, pero con un retraso de tiempo muy leve. Ese retraso los científicos muestran, da como resultado que la forma de onda combinada de los fotones sea tan compleja que, en principio, cualquier cálculo cuántico puede lograrse simplemente midiendo los fotones emitidos.

El descubrimiento teórico no es solo un avance conceptual en óptica e información cuántica, abre la puerta a nuevas tecnologías. En particular, la configuración de un solo átomo propuesta es atractiva ya que minimiza los recursos necesarios y se basa solo en elementos que ya se han demostrado en experimentos de vanguardia.