Квантовая запутанность — явление, при котором состояния двух или более частиц оказываются взаимосвязанными независимо от расстояния между ними — обычно связывает внутренние свойства, такие как спин или поляризация. Однако в новой работе впервые реализована запутанность самих положений двух атомов в пространстве. Представьте пару танцоров: движение одного возможно, только если партнёр замирает, — но кто именно сделает шаг, заранее не определено из-за фундаментальной квантовой неопределённости. Эта аналогия упрощает суть: в действительности речь идёт о суперпозиции состояний, где атомы делят единое квантовое состояние, но их индивидуальные положения остаются неопределёнными до измерения.

Ключ к эксперименту — использование так называемых атомов-гигантов. С помощью прецизионной лазерной спектроскопии — метода, позволяющего точно контролировать энергетические переходы в атомах — электрон переводится на далёкую орбиту, и атом «раздувается», увеличиваясь в размерах в тысячи раз. Такие ридберговские атомы испытывают мощное взаимное отталкивание, из-за чего не могут одновременно находиться в возбуждённом состоянии: если один становится гигантом, второй остаётся в основном состоянии. В эксперименте лазерный импульс, распространяющийся со скоростью света — предельной скоростью передачи сигнала в вакууме, подталкивал один из атомов. Если тот переходил в гигантское состояние, второй замирал, и наоборот. Так рождалась запутанность позиций: один атом оказывается сдвинутым в пространстве, другой — нет, но какой именно, остаётся неопределённым до момента измерения.

Расстояние между возможными положениями атомов составляет сотни микрон — для масштабов атомного мира это эквивалентно разведению двух людей на километры. Такая пространственная запутанность открывает перспективы для создания гибридных квантовых систем: она может стать мостом между стационарными квантовыми элементами, такими как атомы или ионы, и движущимися частицами света — фотонами, — что критически важно для квантовых сетей будущего.