Một lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng của photon là quang học lượng tử. Photon là một thành tố phù hợp cho các máy tính lượng tử hoạt động cực nhanh, và hướng nghiên cứu vướng víu lượng tử của photon là một lĩnh vực rất năng động. Các quá trình quang học phi tuyến cũng là một hướng được quan tâm nhiều, với phạm vi ứng dụng quá trình hấp thụ hai photon (two-photon absorption), tự điều pha (self-phase modulation), sự bất ổn định biến điệu (modulational instability) và bộ dao động tham số quang (optical parametric oscillator). Tuy vậy, những quá trình này nói chung không chỉ giả thiết trên photon; chúng cũng có thể được áp dụng cho các nguyên tử như là những dao động tử phi tuyến. Các tinh thể phi tuyến được sử dụng để tạo ra chùm cặp photon vướng víu. Cuối cùng, photon đóng vai trò quan trọng trong thông tin quang, đặc biệt cho mật mã lượng tử.[Ct 6]