钻石中的杂质，不仅使钻石颜色多彩，而且它们也可以把钻石变成精确的磁场和温度传感器。当杂质刚好是一个氮原子时，晶体结构中就会有一个间隙或缺陷这样的 变形，即氮原子取代了碳原子及邻近的晶格空位，又被称为氮晶格空位中心(nitrogen-vacancy center，NVC)。在空位中心中的电子 显示出显著的自旋状态一致性，而人们可以精确地操作这种状态。如果能长时间保存纳米级钻石内的电子一致性，我们不仅将有完善的量子计算机的量子位，而且还 将制造出可以完美揭示神经元的秘密的设备。
有很多的钻石 NVC 能存储光子，同时它们还可能携带了数毫秒的量子数据。最近的新技术通过将它们加入被称为 SP1 的蛋白质环状分子中，自组装出纳米大小的钻石结构。但是尝试缩减纳米钻石时经常遇到的问题是：在微妙范围内通常显示出较差的旋转一致性。剑桥大学的研究员发现了在合成的钻石中保护 NVC 旋转的方法。
制造只有数十纳米宽且原子精确的钻石传感器可以说是技术上的挑战，且没有别的方法可以取代。更大的挑战是建立研究它们的复杂装置。一旦你要将这么多感应器放置在需要的地方，那么光线变成了提取一个细胞的重要部分或者提取它内部数百个亚细胞器的关键。
由于 NVC 荧光素处于温度依赖方式时，纳米热或者很细微(约 2 millikelvin)的温度测量跨甚至更小的空间(在 200 纳米的范围内)和时间范围发生变化。研究员能使用定做的扫描共聚焦显微镜测量这种发射光。而且 NVC 对磁场和电场非常敏感，所以研究员能将它们当做一个 DC 磁力仪来操作。基本上，这些磁力仪能演示磁共振的光学检测。
纳米钻石要解决的一个问题是将它们放进细胞时怎么样才能让它们留在原地不动。通过使用其他方法包括基因编码的热敏元件已经解决了这个问题。如果这些新的纳米钻石能附在像上面提到的 SP1 蛋白质上，那么这将是观察和了解细胞的完美工具了。
