Если бросить горсть монет в ящик с перегородками, каждая упадёт в свой отсек и останется там навсегда. Примерно так же ведут себя атомы в специальной оптической решётке, когда их возбуждают лазером. Эти атомы называют ридберговскими: один электрон в них уходит на очень далёкую орбиту, и атом становится чувствительным к соседям. Взаимодействие между такими атомами настолько сильное, что система сама запирает себя в отдельных «комнатах» — наборах квантовых состояний, между которыми нет переходов.
Учёные обнаружили, что размер и связность этих комнат зависят от настройки лазера. Меняя частоту его света (отстройку), можно дробить комнаты на более мелкие закутки, причём число закутков растёт с числом атомов по-разному: где-то как площадь, а где-то как объём. Чтобы разобраться в этой путанице, авторы применили трюк — представили возбуждённые атомы как независимые «частицы-фермионы». Оказалось, что в таком описании возникают простые правила: фермион не может прыгнуть в уже занятую ячейку или перепрыгнуть через соседа. Эти правила и диктуют, как именно дробится пространство состояний.
Практическая польза — возможность создавать квантовые симуляторы с программируемым беспорядком. Можно заранее рассчитать, какие именно «комнаты» возникнут при заданной частоте лазера, и наблюдать, как в них протекает эволюция. Это шаг к пониманию того, почему одни квантовые системы быстро забывают своё прошлое, а другие помнят его бесконечно долго. Как если бы ящик с монетами сам решал, сколько отсеков ему открыть, и никогда не позволял монетам перемешаться.
Ридберговский атом может быть в сто тысяч раз больше обычного — его размер сопоставим с бактерией, хотя масса остаётся прежней.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса инопланетный корабль использует квантовые состояния, запертые в изолированных секторах, чтобы обходить ограничения на вычисления.