基于金刚石氮空位中心（nitrogen-vacancy center,NV中心）的量子传感近年来发展迅速,可以探测磁场、应力、温度、电场等物理量,具有超高的灵敏度和空间分辨率,在低温到高温,零场到高磁场等极端条件下依然能稳定工作,但在极端压强下金刚石NV中心的性质和量子传感应用并未得到系统研究。本论文聚焦于将NV量子传感应用到高压科学实验研究中,同时研究NV中心在高压环境中的性质。NV作为量子传感器的核心技术是基于电子磁共振（EMR）原理发展起来的光探测磁共振（ODMR）技术,ODMR技术需要用激光实现量子态的极化和读出,用微波和射频实现量子态的操控。用金刚石对顶砧（DAC）实现高压环境,DAC技术中的发展起来的光学和电学测试技术使为我们NV实验中的激光和微波提供了方便。我们用自主搭建的共聚焦荧光显微系统来观测DAC中高压下的ODMR信号。为了在高压极端环境下更好地发挥金刚石NV中心量子传感的优势,我们在DAC高压腔内研究了集群NV的相干控制、自旋弛豫和自旋相干性质,实验达到的最高压强是32.8 GPa。我们研究了微米尺度永磁体Nd2Fe14B样品的压力诱导磁相变,实验实现的空间分辨率为2 μm,灵敏度为20（?）。我们成功地证明了 NV是一种独特的高压科学原位量子传感器,可以在100 GPa压力下依然能够实现光学极化和读出。我们在高压条件下,将NV电子自旋的ODMR信号做到了 143.3 GPa,并在80 GPa的压力下观测了 NV电子自旋对磁场的响应和NV电子自旋的拉比振荡信号。我们发现保持静水压力是超高压下金刚石量子传感的关键挑战。我们提出并演示了金刚石NV的高压核磁共振（NMR）方案。该方案的第一个关键步骤是对目标核自旋进行极化处理,然后采用标准核磁共振序列控制自旋的演化,第二个关键步骤是利用附近的NV量子传感器检测核自旋态。我们实验演示了一个高达16.6 GPa的微米金刚石中14N核自旋的高压核磁共振。核磁共振谱表明,随着压力的增加,14N的核电四极矩参数Q和超精细相互作用参数A的绝对值都在减小。由于NV电子自旋的快速弛豫时间,核磁共振谱的宽度达到数十千赫兹。NV在高压下的测磁方案可以推广用于测量其他参数,如极端情况下的温度、压力及其梯度的原位灵敏测量。这将有利于凝聚态物理和地球物理学的前沿研究。我们在近100 GPa的高压下依然可以进行NV电子自旋的相干操纵和磁性测量。这些结果为理解金刚石NV提供了新的线索,有助于极端条件下的量子传感。高压下NV的核磁共振的结果加深了我们对金刚石NV中心电子轨道的认识,为高压核磁共振的研究提供了新的思路。