Развивается квантовополевой подход, объединяющий релятивистскую электродинамику и линеаризованную квантовую гравитацию в приложении к задаче электромагнитной конверсии гравитонов на связанных атомных состояниях. Используется атом водорода в качестве примера и рассматривается процесс неупругого рассеяния гравитона на атомном электроне с последующим переизлучением двух фотонов. Получены выражения для сечения процесса и угловых корреляций. Обсуждаются перспективы экспериментального обнаружения двухфотонной конверсии гравитонов с применением оптического усиления слабых сигналов.