将两束激光束对准，使它们彼此交叉，并且每束光都像另一束光不存在一样穿过。光线不能与另一束光线相互作用——或者可以吗？借助单个原子，物理学家设计了一个系统，其中一束光可以打开或关闭另一束光。这种光开关可以作为未来光学量子计算机的基本组件，并可能有助于开辟通往量子互联网的道路，量子互联网将提供牢不可破的数据安全性。
该设备利用了一种称为电磁感应透明的现象，其中激光束可以使不透明的原子云暂时对窄波长的光透明。然后，原子云可以充当第二束光的开关，使其通过或阻挡它。结果类似于电子电路中晶体管发生的情况，其中在一个电极上施加的电压控制电流是否可以在另外两个电极之间流动。
量子计算等应用需要将光束控制到单个光子的级别，光子是光的基本粒子。德国加兴马克斯·普朗克量子光学研究所的物理学家马丁·穆克说，为此目的，单个原子比原子云更好。他和他的合作者捕获了一个铷原子，并用两束不同的激光束瞄准它：一束用于探测或传输，另一束用于切换。通常，原子充当探测光束中光子的屏障，因为它会首先吸收它们——从“基态”变为“激发态”——然后将它们射回，即反射它们。这种情况将构成设备的“关闭”状态。
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但是，打开开关光束会改变原子的可能状态，使其现在具有两个不同的基态。然后，探测光束有两种不同的激发电子的方式，每种方式都从不同的基态开始，但在描述原子量子力学性质的数学中，这两种可能性相互抵消，因此不可能发生激发。因此，探测光束光子可以穿过而不是被吸收，这标志着“开启”状态。
使单个光子相互作用可能很有用，因为光子可以携带量子信息单位，称为量子比特。它们可以同时存在于两种状态，从而同时表示二进制代码的 0 和 1。由于这个特性，量子计算机可以并行执行某些操作。原则上，它们可以快速执行普通计算机无法完成的计算，至少在太阳膨胀并烘烤地球五十亿年之后才能完成。
马克斯·普朗克的格哈德·雷姆佩是该团队的资深研究员，他指出，单原子设备可以做的不仅仅是简单的开关。例如，它可以存储光子并在需要时释放它们，而不会损坏它们脆弱的量子态——这种应用被称为量子随机存取存储器，这对于量子互联网的数据路由器至关重要。在这样的网络中，隐私受到量子物理定律的保证[参见“隐私和量子互联网”，作者：Seth Lloyd；大众科学，2009年10月]。
新设备仍需改进：在关闭位置，原子仍然让第二束光中 80% 的光子通过。但研究人员表示，直接的改进，例如保持原子更冷，可以将这个数字降至 10%，甚至 0%。 （更重要的限制是处理单个原子需要相当精密的物理实验室。）该团队于 6 月 10 日在《自然》杂志上发表了他们的结果。（大众科学是自然出版集团的一部分。）
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的量子光学专家保罗·G·克维亚特评论说，目前该设备的低效率限制了其用途。但他指出，如果该团队能够提高效率，它“可能会开辟一种新的、可能高效的量子计算方法”。