量子度量学是关于量子测量和量子统计推断的一门学科,它研究的是如何精确地测量物理量。精确的测量和推测物理体系中的物理参数是科学地分析实验数据的一个重要组成部分,因此它在实验和理论上都有着重要的意义。量子度量学已成为量子频率标准、弱磁场探测、引力波探测、以及原子钟等研究领域中的基本课题。量子度量学主要是利用量子效应来提高参数估计的精度。参数估计的基本理论—量子Cramer-Rao定理—告诉我们参数估计精度极限是由量子Fisher信息的倒数所决定的。如何达到该精度极限是量子度量学所研究的最核心的问题。量子参数估计一般包含如下四个部分：制备探测态过程、参数化过程、测量和数据处理过程。本论文主要研究其中两个方面问题：1.在有退相干存在情况下的参数化过程对参数估计精度的影响,以及如何抑制这种影响；2.达到量子Fisher信息所给定的精度极限的最优化测量问题。本文的主要结构如下：在第一章绪论部分首先回顾了量子参数估计的背景与研究现状,并介绍了几种目前研究最为广泛的参数估计的干涉实验模型。作为第三、四章的知识准备,第二章主要介绍量子参数估计的一些基本的理论知识。首先介绍量子Cramer-Rao定理,进而引入量子参数估计理论中最重要的概念一量子Fisher信息。同时介绍了量子Fisher信息的一些基本性质,以及其在对角化表象和Bloch表象下的两种不同表示。在第三章中我们注重研究了开放系统中的量子Fisher信息的动力学行为以及量子Fisher信息的保护。章节的一开始首先介绍了几种处理开放系统动力学问题的研究方法,随后研究了量子Fisher信息在具体的退相干模型中的动力学行为。我们主要考虑了三种典型的退相干通道：退相位通道、退极化通道、退振幅通道(包括有限温度和零温情况)。将上述退相干模型写成仿射变换的形式,再利用量子Fisher信息的几何表示,我们得到了量子Fisher信息在以上三种通道中的解析解。利用级联方程数值方法,我们研究了量子Fisher信息在Spin-Boson模型中的动力学行为,并将其与做旋转波近似下的解析结果进行比较。以上所考虑的是针对单qubit系统,对多qubit情况,我们考虑关联退相位对原子钟实验的原子频率精密测量的影响。最后,针对退相位噪声,我们提出了保护相位精度的控制方案。在第四章中我们解决了达到量子Fisher信息所给定的精度上界的最优化观测量问题。考虑一般实验中所采取的平均值估计方案,即待估参数的值是通过测量物理观测量的期望值来估计得到的。误差传播理论告诉我们,参数估计的精度是取决于选取的物理观测量的涨落大小。因此物理观测量的选取将直接影响到最终的估计精度。从误差传播公式出发,通过利用Schrodinger-Robertson不确定关系,我们给出了最优的观测量所满足的充分必要条件。同时我们将该条件运用到初态为GHZ态的原子干涉实验中,并给出达到海森堡极限的最优观测量算符的一般形式。采用类似的方法,我们进一步得到了多参数情况下的最优化观测量的充分必要条件。同时我们考虑了经典光学干涉实验中的双参数估计问题。我们发现对于所有的路径对称态,基于光子数探测即是最优的观测量,可以达到多参数量子Cramer-Rao定理所确定的最大精度。文章的最后是全文的总结和展望。