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Veranschaulichung des Messprinzips

Oben: Schematische Skizze des Resonators, in dessen Mitte sich ein einzelnes Atom befindet. Das Atom kann verschiedene quantenmechanische Zustände einnehmen. (A) Befindet es sich in Zustand 1, dem Grundzustand, so kann das Photon vor der Reflexion in den Resonator eintreten. Dabei wechelwirken Atom und Photon miteinander. (B) Befindet sich das Atom in Zustand 2, kann das Photon aufgrund quantenmechanischer Effekte nicht in den Resonator eintreten und wird – ohne Einfluss auf das Atom zu nehmen – direkt reflektiert.

Unten: (C) Um nachweisen zu können, dass ein Photon reflektiert wurde, muss das Einzelatom zunächst in eine Überlagerung (1+2) der beiden Zustände gebracht werden. Kommt es zur Wechselwirkung mit einem Photon, geht das Atom in einen anderen überlagerten Zustand (1-2) über (roter Pfeil und Punkt), ansonsten bleibt der ursprüngliche Zustand erhalten (blauer Punkt). (D) Anschließend ändert sich der Zustand des Atoms erneut, sodass es sich je nach Anfangszustand entweder in Zustand 1 oder 2 befindet. Zwischen diesen beiden Zuständen kann mithilfe von Fluoreszenz unterschieden werden.