1998年，一组研究人员使用单分子首次进行了简单的量子计算。当时，他们用无线电波脉冲来翻转一个分子中的两个核子的自旋，它们的自旋要么向“上”，要么向“下”，这种存储信息的方式就和经典数据位中以“0”或“1”的状态存储信息一样。对于早期的量子计算机来说，两个核子的结合态（分子的量子态）只能短暂地维持在特定的环境中，整个系统会很快就失去其相干性。
对量子相干的控制，始终是建造量子计算机的关键，也是其中极为困难的一步。一直以来，许多物理学家团队都在试图发展新的途径来创建和保护量子相干。
2018年，为了推进这方面的研究进展，加州大学伯克利分校的物理学教授Joel Moore创建了一个名为NPQC（材料量子相干新途径中心）的研究中心，他希望能够更快地在些问题上取得突破。他们有三个主要的研究重点，包括开发新的量子传感平台，设计能够承载复杂量子态的二维材料，并探索能够通过量子过程对材料的电子和磁性进行精确操控的方法。
目前，NPQC的许多研究成果都集中在一些基于自旋缺陷（spin defect）所创立的量子平台。自旋缺陷是材料结构中的一种特定缺陷，在正确的情况下，这些自旋缺陷可以接近完美的量子相干，从而可被用于创建高精度的传感平台。每个自旋缺陷对环境中极其微小的波动都有响应，这些缺陷的集合可以达到前所未有的精度。但是，要在一个有着许多自旋，且所有自旋都在相互作用的系统中理解相干性的演化，是一件非常困难的事。
为了应对这一挑战，NPQC的研究人员将目光投向了钻石——这是一种可被用于量子传感的理想材料。
在一项新的研究中，物理学家Norman Yao等人通过向钻石晶格中植入多个不同的自旋缺陷，创建了一个三维系统，在这个系统中，自旋分散在整个体积中。通过运用一系列测量技术，他们发现自旋在量子力学系统中的运动方式，几乎与染料在液体中的运动方式相同。他们将新的发现发表在《自然》上，并提出，染料的扩散为理解量子相干提供了一条新的成功路径。
一直以来，描述物质在量子力学层面上的行为都是非常困难的，因为一旦系统中所涉及的粒子数变得多起来，与之相关的方程就变得很难求解。这就类似于，在经典物理学中，要计算染料颗粒在一杯水中的精确轨迹同样不容易，这种难度主要来自这些颗粒会被水分子以各种方式撞击。但实际上在描述这类运动时，科学家并不需要真的追踪每一个分子。根据菲克扩散定律，物质的流动与它的浓度梯度成正比。
在一个钻石立方体中，中心有一个具有过量自旋的“包裹”像液体中的染料一样扩散开来。他们分析了一个含有两种自旋的微小钻石晶体，这两种自旋都是由碳晶格中具有缺陷的未配对电子产生的。一种缺陷被称为P1中心，它是由一个氮原子取代了一个碳原子组成；另一种缺陷叫作NV缺陷，它由晶格中的一个空穴和旁边的氮替代组成。这些自旋可以在原子相隔甚远的距离内“感知”彼此。
为了理解自旋会如何演化，研究人员利用NV缺陷来建立扰动和探测响应，他们用激光脉冲来使这种自旋在一个区域极化，然后利用磁场将这些自旋与P1自旋耦合，形成共振。接着，他们监测了这种扰动会如何在P1自旋中传播。Yao介绍说，他们原本期待，这个过程可以用薛定谔方程来描述，但测量结果表明，如果只是以稍微粗粒度的分辨率来测量自旋密度，那么描述整个动力学的微分方程可以比薛定谔方程简单得多——它可以更像扩散方程。
换句话说，这个量子过程与经典过程的动力学基本相同。然而，自旋的行为并不能与扩散过程完美契合。Moore解释说，部分原因在于与碰撞的粒子不同的是，自旋可以在很远的距离内感受到彼此；另外，还有一种可能是P1缺陷在晶格中可能并不完全相同，每个缺陷周围的原子可能有轻微不同的局部排列，从而产生一些随机无序。
尽管如此，新的研究结果表明，在粗粒度的水平上，多体系统的动力学过程可能并不“在乎”支配它们的是量子物理学还是经典物理学，而是更多地依赖于粗粒度组件之间的一般相互作用，而不是它们的微观细节。