مشابه کوانتومی ترانزیستور توسط دو گروه در آلمان و ایالات متحده پرده برداری شد. هردو وسیله، شامل تک اتمی هستند که می توانند حالت کوانتومی یک تک فوتون را تغییر دهند. این دست آوردها گام بزرگی در جهت پیشرفت رایانه های کوانتومی کاربردی هستند.

برخلاف رایانه های رایج که بیت های اطلاعاتی را در مقادیر مشخص 0 یا 1 ذخیره می کنند، رایانه های کوانتومی بیت های اطلاعاتی را در کیوبیت که برهمنهی از مقادیر 0 و 1 (حالت کوانتومی) است، ذخیره می کنند. هنگامی که کیوبیتها درهمتنیده باشند، هر تغییری روی یکی بطور آنی دیگری را تحت تأثیر قرار می دهد. بنابراین کیوبیت ها میتوانند برای حل مسائل پیچیده با سرعتی بسیار سریعتر از نظایر کلاسیکی، بطور هماهنگ عمل کنند.

کیوبیت ها می توانند از نور یا ماده تولید شوند، اما بسیاری از محققان براین باورند که رایانه های کوانتومی کاربردی آینده، متکی به برهمکنش هردو خواهند بود. متأسفانه نور تنها زمانی به برهمکنش با ماده تمایل دارد که بسیار پر انرژی باشد و در عین حال ماده برهمکنشی بسیار چگال باشد. ساختن تک فوتون و تک اتمی که باهم برهمکنش کنند چالش اساسی است چرا که این دو بسیار مایل هستند که به طور مستقیم از هم عبور کنند.

در سال 2004 دو فیزیکدان به نام های Jeff Kimble و 　Luming Duan به ترتیب از انجمن علمی فناوری کالیفرنیا و دانشگاه میشیگان طرحی برای انجام این کار پیشنهاد کردند ایده آنها قرار دادن اتم درون یک کاواک نوری- یک چنبره آینه های که در آن دیواره ها با فاصله طول موج نور از هم جدا شده اند، بود. اگر فوتون ورودی به کاواک دقیقاً همان طول موجی را داشته باشد که کاواک را در حالت تشدید قرار می دهد، فوتون جذب خواهد شد، از یکی از آینه ها بازتاتب شده و دوباره به بیرون برمی گردد. در این عملیات شکل موج فوتون متحرک کمی تغییر می کند- فوتون یک جابه جایی در فاز را تجربه میکند.

شگرد این است که تشدید کاواک بسته به حالت اتم باشد. اگر حالت اتم متفاوت باشد کاواک با فوتون ورودی تشدید نمی شود و فوتون بدون حتی جابه جایی فازی بیرون می رود. بدین طریق حالت اتم، حالت فازی فوتون مخابره شده را کنترل می کند. این شبیه عملکرد ترانزیستور رایانه است که در آن یک سد ولتاژ شار جریان الکتریکی را کنترل میکند.

یک دهه بعد، 　Stephan Ritter و همکارانش در همایش علمی ماکس-پلانک برای کوانتوم اپتیک در Garching طرح Kimble　 و Duan را با استفاده از کاواک اپتیکی «فابری-پرو»، که شامل دو آینه خم با نیم میلیمتر فاصله است، پیاده کردند.

در این میان در دانشگاه هاروارد و انجمن علمی فناوری ماساچوست Mikhail Lukin و همکارانش این طرح را روی یک تراشه سیلیکون با کاواکی ابعاد کمتر از میکرون را اندازه می گیرد، اجرا کردند که برهمکنش اتم با فوتون را افزایش می دهد در هر دو مورد این اسپین اتم- که میتواند بالا یا پایین باشد- است که تشدید کاواک را کنترل می کند.

هر دو گروه نشان داده اند که میتوانند اتم را در برهمنهی از حالت پایین و بالا آماده سازی کنند، بنابراین عملیات منطقی کوانتومی اجازه می یابند –حداقل از نظر اصولی- به کار بسته شوند. 　Ritter و همکارانش یک قدم فراتر رفتند و نشان دادند که گیتهایشان میان اتم و فوتون در همتنیدگی تولید میکنند، طوری که کیوبیتهای اطلاعات میتوانند از یکی به دیگری انتقال داده شوند.

یک رایانه کوانتومی اپتیکی هنوز گردآوری نشده، اما این آزمایشها حداقل مسیری را پیشرو میگذارند.

Klemens Hammerer از دانشگاه لایبنیز در آلمان معتقد است که هر دو آزمایش پیشرفت چشمگیری را نشان می دهند، ولی این را گوشزد می کند که آنها تاکنون فقط "اثبات اصول" هستند. چیدمان مطرح شده –که به وضوح ساده است- با تکنیکهای زیادی بدست می آید: او میگوید "آزمایشها نوعاً یک آزمایشگاه کامل را رقم می زنند". همچنین Hammerer می گوید "برای کاربردهای واقعی پردازنده کوانتومی اپتیکی، نیاز به تعداد زیادی از فوتونهاست که بتوان یک به یک وارد برهمکنش کرد. یک رایانه کوانتومی اپتیکی هنوز گردآوری نشده، اما این آزمایشها حداقل مسیری را پیشرو می گذارند.

هر دو گروه اکنون در تلاش هستند اتمهای گوناگونی را در کاواک اپتیکی مرتبط کنند تا اولین گونه شبکه کوانتومی یا اولین گونه رایانه کوانتومی را بسازند. به عنوان اولین قدم ما اکنون روی تثبیت موقعیت دو اتم در کاواک یکسان، به منظور استفاده از نور درون کاواک برای اجرای عملیات کوانتومی بین دو اتم، مشغول به کار هستیم.

منبع: physicsworld.com