随着科学家们对量子叠加和量子纠缠等特性进行深入研究，人类已经能够直接对单个量子客体（光子、原子、分子、电子等）的状态进行主动制备、精确操纵和测量，从而能够以一种全新的“自下而上”的方式来利用量子规律认识和改造世界。量子调控和量子信息技术的迅猛发展标志着第二次量子革命的兴起。

　　我们要认识和了解量子，就必须知道量子物理状态，比如它是如何运动的，能量有多大等。如果对量子进行测量，就会发现测量的结果是完全随机的。这是因为，量子有着许多不同于宏观物理世界的奇妙现象和特性，比如量子叠加。

　　宏观经典世界遵照的是经典力学规律，而在量子世界中，遵照的则是量子力学规律。在量子力学里，光子（量子的一种）可以朝着某个方向进行振动，叫做偏振。因为量子叠加，一个光子可以同时处在水平偏振和垂直偏振两个量子状态的叠加态。科学实验证明，因为量子叠加效应的存在，一经测量就会破坏或改变量子的状态。因此，如果拿一个仪器对量子进行测量，就会发现测量的结果完全随机，对于相同状态，无论观察得多仔细，得到的结果永远不同。

　　由于量子力学测不准原理的限制，测量精度不可能无限制地提高，这个最终的极限被称为海森堡极限。

　　但是，人们可以通过两种方式来提高测量精度：第一种是制备和利用分辨率更高的“尺子”； 第二种方式是通过多次重复测量减少测量误差，提高测量精度。近年来，人们发现利用量子力学的基本属性，例如量子相干、量子纠缠、量子统计等特性，可以实现突破经典散粒噪声极限限制的高精度测量，这就相当于找到了一把高灵敏度的量子“尺子”。

　　按照对量子特性的应用，量子测量也有了三把“尺子”，第一把“尺子”是基于微观粒子能级测量；第二把“尺子”是基于量子相干性测量；第三把“尺子”是基于量子纠缠进行测量。