核磁共振（NMR）光譜是廣泛應用於化學分析和分子結構識別中的工具。由於NMR通常依賴於小的熱核自旋極化產生的弱磁場，因此NMR與其他分析技術相比，靈敏度較差。傳統的NMR設備通常使用大約一毫升的大樣本體積（足以容納大約一百萬個生物細胞）進行分析。
為了提高NMR設備的靈敏度，馬裡蘭大學量子技術中心（QTC）的研究人員研發了一種新的量子傳感技術，該技術可以對10皮升（微微升，pL）樣品中的稀溶液中的小分子進行高解析度NMR光譜分析。該項成果已發表在2020年6月的《Physical Review X(PRX)》上。
QTC的研究小組進行了題為「利用金剛石中的量子缺陷實現了具有超細孔敏感性的超極化增強NMR光譜學」的論文的實驗報告。在此之前，他們開發了一種系統，該系統利用鑽石中的氮空位量子缺陷來檢測皮升級樣品產生的NMR信號，在過去的工作中，研究人員只能觀察到來自純淨，高度濃縮樣品的信號。為了克服這一限制，研究人員將量子金剛石NMR與「超極化」方法結合使用，該方法可將樣品的核自旋極化（NMR信號強度）提高100倍以上。PRX報告的結果首次實現了具有飛摩爾分子敏感性的NMR。關於這項研究的影響，研究人員表明，現實世界的目標是在單個生物細胞水平上實現化學分析和磁共振成像（MRI）。MRI是一種可以處理身體部分（包括大腦）詳細圖像的掃描類型，目前，MRI的解析度有限，它只能成像包含大約一百萬個細胞的體積。用核磁共振成像（幫助診斷疾病和回答生物學中的基本問題）無創地觀察單個細胞是量子傳感研究的長期目標之一。如圖所示鑽石傳感器晶片附近的微波環形天線可驅動NV（紫色）和TEMPOL電子自旋（藍色）。來自樣品核自旋（橙色）的超極化核磁共振信號通過鑽石晶片的NV集成螢光讀數進行檢測。