干涉仪是目前最精密的测量工具。在N个无关联粒子构成的体系中,由于量子噪声的存在,干涉仪的测量精度会有一个经典极限,即所谓的标准量子极限。然而,这个极限并不是量子计量学所给出的最终极限,量子计量学的研究目标就是利用量子纠缠态,如压缩光、自旋压缩态和Dicke态,来突破这个经典极限。本论文的核心研究内容是制备对量子计量有用的多原子纠缠态并演示超越经典极限的测量精度。首先,我们将讨论利用自旋1的玻色爱因斯坦凝聚体(BEC)中的自旋混合机制,使凝聚体连续通过两个量子相变点来近乎确定性地制备双数态。相比于前人通过自旋动力学产生双数态的方法,我们的制备方式能够提供高达96%的转化效率,并且转化效率的涨落很小(2%)。这里转化效率定义为从非纠缠的原子转化到双数态的原子的比例。通过测量得到的粒子数压缩(10.7 dB)和归一化的集体自旋长度(0.99),我们可以推测出系统的纠缠宽度是910个原子,这意味着我们制备的样本中包含有至少910个相互纠缠的原子。另外,我们通过将自旋1的BEC扫过一个相变点首次在实验上制备了自旋1的平衡Dicke态。与常见的自旋1/2的纠缠态不同,自旋1的Dicke态是三个模式的纠缠态,通过利用它的多个模式之间的干涉,人们可以得到相对于自旋1/2的Dicke态更高的测量精度。通过表征我们制备的态,我们发现它非常接近于理想的自旋1的平衡Dicke态。并且我们利用制备的纠缠态演示了三模干涉测量,得到的测量精度相对于三模标准量子极限突破了2.42 dB,相对于两模标准量子极限突破了8.44 dB。所得到的相位灵敏度主要受限于原子的探测噪声。我们的实验结果显示了量子相变对于制备对精密测量有用的纠缠态的强大能力。这样制备的量子纠缠态位于系统的基态,因此比较稳定,这对于将来的实际应用有很大意义。另外,我们还首次制备了自旋1的平衡Dicke态,这为量子计量提供了一种新的可能。