خلل في الشبكة البلورية يمكن أن يستضيف حالات كمية مفيدة لتطبيقات الاستشعار.في فيزياء الأجسام الصلبة، العيب هو أي خلل في الترتيب المنتظم للذرات في الشبكة البلورية — ذرة ناقصة، أو ذرة زائدة، أو شائبة. وبعيدًا عن كونه مجرد عيب، يمكن أن يعمل العيب كـ"مصيدة" موضعية للإلكترونات أو السبينات، مما يخلق مستويات طاقة كمية منفصلة تكون حساسة للغاية للمؤثرات الخارجية مثل المجالات المغناطيسية أو الكهربائية أو درجة الحرارة. هذه الحساسية هي ما يجعل العيوب ذات قيمة كبيرة للاستشعار الكمي: فهي قادرة على تحويل تغير فيزيائي صغير إلى إشارة بصرية أو كهربائية قابلة للقياس.
تم تقديم مفهوم العيوب الشبكية في ثلاثينيات القرن العشرين على يد ياكوف فرنكل وفالتر شوتكي، اللذين اقترحا أن التقلبات الحرارية تولد شواغر وذرات بينية. وقد تم إثبات تطبيق الاستشعار الكمي لمراكز NV في أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين من قبل مجموعات في شتوتغارت وهارفارد.
من الأمثلة الشائعة مركز النيتروجين-الشاغر (NV) في الماس، حيث يتم استبدال ذرة كربون بذرة نيتروجين ويبقى الموقع المجاور فارغًا. يحتوي هذا العيب على سبين إلكترون غير مزدوج يمكن تهيئته وقراءته باستخدام الضوء. عندما يسبق السبين في مجال مغناطيسي، تتغير حالته الكمية بطريقة تعتمد على شدة المجال؛ وبقياس حالة السبين، يمكن استنتاج المجال المغناطيسي بدقة مكانية نانومترية. تعمل عيوب أخرى، مثل الشواغر في كربيد السيليكون، بشكل مشابه للمجالات الكهربائية أو درجة الحرارة.
تُستخدم أجهزة الاستشعار الكمية القائمة على العيوب في قياس المغناطيسية عالي الدقة لرسم خرائط المجالات المغناطيسية في علوم المواد، وفي علم الأحياء لكشف النشاط العصبي، وفي الجيوفيزياء لقياس مغناطيسية الصخور.
يمكن لمركز النيتروجين-الشاغر في الماس أن يستشعر سبين إلكترون واحد من على بعد بضعة نانومترات، مما يجعله واحدًا من أكثر المجسات المغناطيسية حساسية التي تم ابتكارها على الإطلاق.