Un diapason émet une seule note, mais à côté, on entend toujours de discrets harmoniques — des fréquences multiples qui se mêlent au son principal. C'est à peu près ce que faisaient les capteurs quantiques de fréquence : ils répondaient non seulement au signal voulu, mais aussi à ses harmoniques — comme si un microphone captait non seulement la voix du chanteur, mais aussi l'écho des murs.
Des physiciens de l'Université des sciences et technologies de Chine ont pris un électron unique dans un diamant — ce qu'on appelle un centre NV (lacune d'azote, un minuscule défaut du réseau cristallin). Cet électron, telle une toupie, tourne dans un champ magnétique, et la fréquence de sa rotation dépend du signal externe. En mesurant cette fréquence, on peut connaître la fréquence du signal. Mais auparavant, l'électron répondait aussi à la fréquence doublée et triplée — ce qui faussait les mesures.
Les scientifiques ont appliqué une méthode de contrôle géodésique : ils ont choisi une séquence d'impulsions radio telle que l'électron ne réponde plus qu'à une seule fréquence, celle voulue — comme si le diapason cessait de sonner sur les harmoniques. Résultat : le capteur mesure la fréquence sans erreurs systématiques dans une gamme allant du mégahertz au gigahertz — c'est comme entendre à la fois un grondement grave et un sifflement aigu avec la même oreille.
Un tel capteur peut désormais être utilisé dans des conditions réelles — là où il y a beaucoup de signaux parasites et d'interférences. Par exemple, dans le diagnostic médical ou dans la navigation sans GPS. Et tout cela parce que l'électron dans le diamant a appris à ne pas confondre la note fondamentale avec l'écho.
Une lacune d'azote dans un diamant est un endroit où un atome de carbone est remplacé par un atome d'azote, et le site voisin du réseau est vide. Ce défaut émet une lumière rouge s'il est éclairé par un laser vert, et sa luminescence dépend du champ magnétique.
Dans le roman de Greg Egan « Quarantaine », des capteurs quantiques basés sur des spins uniques sont utilisés pour des mesures ultra-précises dont dépend le destin de l'humanité.