光与物质之间的相互作用体现了一个最基本的物理过程。当一辆车在夏天由于吸收光量子而被晒得像烤箱一般，或者太阳能电池从阳光中提取电能亦或发光二极管将电能转换光，我们在日常生活中经常碰到这个物理过程产生的影响。理解光粒子（即光子）和原子的相互作用，对量子计算机的发展至关重要。

慕尼黑工业大学（TUM），巴伐利亚科学院（WMI）瓦尔特-迈斯纳低温研究所和奥格斯堡大学的物理学家们，在与西班牙的合作伙伴的协作下，实现了微波光子和纳米结构电路中的原子之间的超强相互作用。实现的相互作用强度是以前类似系统的10倍。

研究光与物质之间的相互作用最简单的系统是所谓的空腔谐振器：内含一个光子和一个原子（腔量子电动力学，Cavity QED）。然而，由于这种相互作用非常弱，所以这些实验都非常精细。可以通过纳米结构电路（如接近绝对零度的超导铝）得到更强大的相互作用（电路量子电动力学，Circuit QED）。只要经过正确的设置，仅纳米厚的导体中数十亿个原子就像单个人工原子那般服从量子力学的规律。在最简单的情况下，一个系统有两个能量状态，即所谓的量子比特或昆比特。

耦合了这种系统的微波谐振器开辟了一个迅速成长的新研究领域，而这片领域将由慕尼黑工大物理系，WMI和慕尼黑纳米系统研究（NIM）所领导。相对于腔QED系统，研究人员可以在许多领域自定义定制电路。

                                                
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这是一个电镜下的超导电路显微照片（红色：铝量子比特，灰色：铌-谐振器，绿色：硅衬底）。来源：Thomasz Niemczyk，慕尼黑工业大学

为了方便测量，格罗斯教授和他的团队通过一个特殊的盒子——谐振器——来捕获光子。这套系统内含一个超导铌通路（两端配置了强烈反射微波的“镜子”）。在这种谐振器中，由铝制电路制成的人工原子被固定，以便优化它与光子的相互作用。研究人员通过添加另一个超导组件到他们的电路（所谓的约瑟夫森结）从而得到了超强的相互作用。

测量的作用强度高达谐振器频率的12%。这个强度是以前电路QED 系统的10倍，是谐振腔系统的数千倍。然而，随着他们的这项成功研究还产生了一个新问题：自1963年首次描述的J-C理论（Jaynes-Cummings）迄今为止，与所有观察到的结果符合得非常好。不过，这似乎并不适用于超强相互作用的领域。“这个光谱看起来就像一个全新类型的东西，”格罗斯教授说，“耦合如此强烈，以致原子 -光子对必须作为一个新的单位：一类由一个原子和一个光子组成的分子。

实验和理论物理学家将需要一些时间来更加仔细地验证这个结果。但是，向这个领域进军的新实验已经给予了研究者众多的选择去设计进一步的实验。这种对原子-光子对的操纵是量子信息处理的关键，所谓的量子计算机性能将大大优于当今的计算机。