量子計量學是利用量子理論描述物理系統，特別是利用量子糾纏和量子擠壓對物理參數進行高分辨率和高靈敏度測量的研究。這一領域有望開發出比在經典框架下進行的相同測量更精確的測量技術。與量子假設檢驗一起，它代表了量子傳感基礎的一個重要理論模型。

量子計量學的一個基本任務是估計參數通常情況下，系統是由許多粒子組成的，而哈密爾頓是一個單粒子項的總和{displaystyleH_{k}}作用于第k個粒子。作用于第k個粒子。在這種情況下，粒子之間沒有相互作用，而我們談論的是線性干涉儀。可實現的精度由量子Cramér-Rao邊界自下而上限定為

值得注意的一個例子是在馬赫-澤恩德干涉儀中使用NOON狀態來進行精確的相位測量。類似的效果也可以用不太奇特的狀態產生，如擠壓態。在原子組合中，自旋擠壓態可用于相位測量。

一個特別值得注意的重要應用是在LIGO或Virgo干涉儀等項目中探測引力輻射，其中必須對兩個相距很遠的質量之間的相對距離進行高精度測量。然而，量子計量學所描述的測量目前還沒有在這種情況下使用，因為很難實現。此外，還有其他影響引力波探測的噪聲源，必須首先克服。然而，計劃可能要求在LIGO中使用量子計量學。

量子計量學的一個核心問題是精度，即參數估計的方差，如何與粒子的數量成比例。經典干涉儀無法克服射出噪聲限制然而，如果存在不相關的局部噪聲，那么對于大顆粒數來說，精度的縮放又回到了射出噪聲的縮放上

量子計量學與量子信息科學之間存在著緊密的聯系。已經證明，量子糾纏需要在磁測法中超過經典干涉法的完全極化的自旋集合的表現。已經證明，類似的關系對任何線性干涉儀普遍有效，與方案的細節無關。此外，為了實現越來越好的參數估計精度，需要越來越高的多級糾纏。此外，量子系統的多個自由度的糾纏（稱為超糾纏），可以用來提高精度，其提高是由每個自由度的糾纏產生。