量子测量学研究如何利用量子纠缠来提高测量的信噪比。传统的研究思路是通过在线性干涉仪中使用压缩态来降低量子投影噪声,进而获得突破经典极限的相位灵敏度。然而这类方法实际能获得的测量精度很大程度上受限于探测噪声。另一方面,非线性干涉仪利用非线性分束与合束过程将待测信号放大,从而增强干涉仪对探测噪声的鲁棒性。本文围绕自旋为1的旋量玻色爱因斯坦凝聚体（BEC）中的非线性干涉仪展开研究。非线性干涉仪的构建通常要求系统具备实现时间反演的能力,而该条件在多体系统中一般很难实现。针对这个问题,我们在第一个工作中提出了利用（准）周期性动力学演化来代替时间反演的新思路。我们发现当非线性的分束与合束的总时间近似等于系统的演化周期时,波函数在希尔伯特空间中的演化路径形成一个闭环,此时合束过程可以看成是分束过程的等效时间反演。利用旋量BEC的相干自旋振荡过程,我们在含有约26500个原子的87Rb BEC中首次实现了三模非线性干涉仪,并取得了突破总粒子数标准量子极限3.87-0+0..9591d B的灵敏度增益。该干涉仪的高测量精度来源于长时间分束演化所产生的非高斯纠缠态,因此这项工作也首次在实验上展示了非线性干涉仪在使用非高斯态进行精密测量的重要作用。在第二个工作中,基于从极化态出发的自旋动力学在演化早期所产生的自旋-向列压缩态,我们在理论上研究了另一种非线性干涉仪,即自旋-向列干涉仪。在该干涉仪中,量子态始终位于极化态附近,此时我们可以通过改变泵浦模式的相位来实现时间反演。得益于自旋-向列压缩态在特定正交分量上较大的量子Fisher信息,以及非线性演化时间较短的优势,该干涉仪理论上能取得低于标准量子极限18 d B的灵敏度增益（总粒子数为26500）,且对实验中的多种噪声包括原子损耗、探测噪声、磁场噪声等具有很强的鲁棒性,因而有望用于构建高精度的原子磁力计。