В упорядоченной кристаллической решётке алмаза иногда встречаются структурные дефекты: атом азота замещает углерод в узле, а соседний узел остаётся пустым — вакантным. Такой дефект, называемый азотно-вакансионным центром, превращается в сверхчувствительный алмазный компас — его магнитный момент, подобно стрелке, реагирует на ничтожные изменения внешнего магнитного поля. Парадоксально, но этот брак, который в ювелирном деле снижает ценность камня, для физиков стал желанным инструментом.

Чтобы наблюдать этот компас размером с одиночный атом, учёные создали миниатюрную платформу, невосприимчивую к температурным флуктуациям. Они «окликнули» дефект серией магнитных импульсов и зарегистрировали эхо — слабый ответный сигнал. Магнитное сканирование, основанное на спектроскопии, расшифровало этот отклик и определило положение дефекта с ошеломляющей точностью 0.28 нанометра — меньше, чем расстояние между атомами в кристаллической решётке.

В основе этой чувствительности лежит квантовая природа дефекта: его магнитный момент может существовать в суперпозиции состояний и работать как кубит — фундаментальная единица информации для квантовых вычислений. Теперь открывается возможность зондировать такие «компасы» внутри белков и живых клеток, что приближает эру молекулярной медицины, где диагностика будет опираться на квантовые сенсоры.