Внутри алмаза иногда встречаются крошечные изъяны — место, где атом углерода заменён азотом, а рядом зияет пустота. Физики называют это NV-центром (дефект из азота и вакансии). Такой дефект ведёт себя как магнитная стрелка, которая может хранить информацию в своём вращении. Проблема в том, что если таких стрелок набить слишком много — скажем, сотню на участке размером с вирус, — обычный свет уже не может отличить одну от другой. Они сливаются в сплошное пятно.
Новая работа предлагает выход. На каждую стрелку слегка надавливают с разной силой — это создаёт в кристалле микроскопическое натяжение. От этого каждая стрелка начинает вибрировать на своей частоте, как струна, зажатая на разном ладу. Теперь, посветив лазером точно на нужную ноту, можно «задеть» только одну конкретную стрелку и считать с неё информацию. Дополнительно включают магнитное поле, которое меняется от точки к точке — оно позволяет управлять вращением каждой стрелки по отдельности.
Авторы показывают, как с помощью точно подобранных радиоимпульсов можно выполнять базовые квантовые операции — например, запутать две или три такие стрелки. Запутанность — это когда состояние одной мгновенно связано с состоянием другой, даже если их растащить далеко. Это главный ресурс для квантового компьютера. В будущем такие плотные ансамбли внутри алмаза смогут стать вычислительными блоками, где информация обрабатывается не последовательно, а вся сразу — благодаря коллективному танцу множества магнитных стрелок.
NV-центры в алмазе светятся красным. Если облучать их зелёным лазером, они испускают ярко-красное свечение, по которому и считывают их состояние — как светлячки, откликающиеся на определённый цвет.
Идея использовать дефекты в кристаллах для вычислений обыгрывается в романе Грега Игана «Карантин»: там квантовые процессы в решётке алмаза становятся ключом к управлению реальностью.