Am Max-Planck-Institut für Quantenoptik wird die Licht-Materie-Wechselwirkung unter ganz verschiedenen Aspekten untersucht. Die hochpräzise Spektroskopie von Wasserstoff dient dem tieferen Verständnis der Naturkonstanten. Für den dafür entwickelten Frequenzkamm erhielt Theodor W. Hänsch 2005 den Nobelpreis für Physik.
Andere Experimente kontrollieren einzelne Photonen und Atome und legen so die Basis für künftige Quantencomputer. Theoretiker entwickeln u. a. Konzepte für die effektive und sichere Quantenkommunikation. Erforscht werden ferner exotische Zustände von Materie bei extrem tiefen Temperaturen. Und ultrakurze hochintensive Lichtblitze erlauben die Beobachtung quantenmechanischer Prozesse in Echtzeit und ebnen den Weg für neuartige Strahlungsquellen.
Max Plancks Deutung der thermischen Strahlung von Hohlraumkörpern war der erste Hinweis auf die Quantennatur des Lichtes. In dem Projekt "Photonenpistole" werden Lichtteilchen auf Knopfdruck erzeugt: Atome werden mit Laserlicht zum Stillstand gebracht und fallen dann einzeln in einen Hohlraum-Resonator aus zwei hoch reflektierenden Spiegeln. Dort wird das Atom mit einem Laserpuls zum Leuchten angeregt und sendet (aufgrund der Wechselwirkung mit dem Hohlraum) ein Einzelphoton entlang der Resonatorachse aus. Ein Strahlteiler lenkt das Photon zufällig auf einen von zwei Detektoren. Da die beiden Detektoren niemals gleichzeitig Photonen finden, ist der Resonator eine Quelle für einzelne Photonen, die z.B. zur abhörsicheren Kommunikation oder für die Vernetzung weit entfernter Quantencomputer genutzt werden kann.
