量子精密测量研究如何利用量子力学的基本原理提高测量精度,它对基础科学与工程技术的发展有重要价值。本论文主要研究量子系统中的多参数同时估计问题,以及如何利用处于量子纠缠态的原子测量超越标准模型的洛伦兹对称性破缺效应。首先,我们研究如何同时测量多个模式之间的相对相位,针对这一问题我们考虑了一种利用非纠缠粒子的多模干涉仪。通过计算我们得到了不同参数的选择下最优的探测态和对应的量子Cramér-Rao极限,并且发现多个相位同时估计的相位灵敏度优于每个参数单独估计的方案。这一问题理论上存在可以饱和量子Cramér-Rao极限的测量方案,我们证明对于待测参数比较小的情况,当多模干涉仪的分束过程U1是正交变换时,在合束过程U2=U1?后测量各个模式粒子数的布居可以饱和量子Cramér-Rao极限。接下来我们考虑参数的加载算符之间不对易的情况。利用自旋F=1的玻色-爱因斯坦凝聚体中自旋混合动力学产生的自旋-向列压缩态,我们可以同时估计绕着（?）和（?）的微小转动,并且精度超越标准量子极限。为了克服同时测量不对易的力学量带来的噪声,我们利用等效时间反演过程将两个待测参数同时放大。为了使相位灵敏度对磁场噪声不敏感,我们可以在等效时间反演的过程中加入自旋回波脉冲,从而克服磁场噪声引起的退相干。最后,我们介绍了超越标准模型的理论框架中洛伦兹对称性破缺的探测问题。对于角动量5)守恒的原子系综,洛伦兹对称性破缺表现为等效的二阶Zeeman效应,因此可以利用原子干涉仪测量。我们给出了两种自旋5)=1系统中可以用来探测洛伦兹对称性破缺的纠缠态,一个是三模的最大纠缠态,另一个是已经在实验上成功制备的三模平衡Dicke态,两种纠缠态的探测精度理论上都可以超越标准量子极限。我们的结果为多原子纠缠态的实际应用提供了更多的可能性。