量子测量是人们获取量子信息最重要的途径，也是量子力学的基础之一，测得的数据需要经过量子状态估计后，才能让人们得到对量子状态的整体认知。因此，量子测量与状态估计在量子信息、量子控制等领域就显得尤为重要。本论文对量子测量与量子状态估计进行了充分而深入的研究，在此基础上，重点研究了量子测量对系统调控的作用，量子状态估计的实际应用，以及基于测量的实时量子状态估计与调控。论文的主要研究内容以及获得的研究成果可以概括为以下四个方面:　　1.基于核磁共振(NMR)测量原理、压缩传感理论(CS)及其优化算法，提出一种NMR量子态的快速估计方法，并应用到实际的NMR量子实验中。根据实际NMR实验中的实际测量算符与测量数据的分组方式，提出以组为单位的测量数据采样策略，并证明此策略下建立的量子态估计凸优化方程具有唯一最优解。结合CS理论证明，在测量数据远少于完备数据的情况下，凸优化方程的最优解仍有极大概率等于实际NMR量子态的密度矩阵。采用所提出方法分别对实际NMR溶液中的2、3、4比特位的原子核自旋态进行状态估计。最后，根据不同优化算法和不同测量采样率情况下的量子态估计结果，进行实验性能对比分析。　　2.提出一种基于两步测量的任意n比特量子纯态估计方法，并证明此方法采用测量次数为精确估计所需的最少观测次数。根据量子测量力学量算符和状态密度矩阵的特性，提出一种基于自适应思想的两步测量方法，对任意n比特量子纯态，利用所提出方法可以构造一个由2n+2l-3个算符组成最优观测算符集合，通过构建并求解优化方程得到该纯态的精确估计，其中l为密度矩阵中非零本征值的数量。从理论上证明2n+2l-3次即为纯态精确估计所需的最少次数。最后，将所提出集合构造方法与估计方法应用于实际NMR实验量子态估计中，通过实验进行验证与特性对比分析。　　3.利用离散的投影测量，实现封闭二能级量子系统中本征态与叠加态之间的最优测量调控。通过施加一系列离散的投影测量，可以调控系统状态向着目标态转移。给出调控保真度与所选测量算符间参数关系式，通过取保真度极大值的方式，选择对应的测量算符，实现全局退相干最少的最优测量调控。分别在相互作用绘景、薛定谔绘景以及存在外加控制场这三种情况下应用最优测量调控，并通过对比实验进行特性分析。最后就实际系统中最优测量调控的可行性进行分析。　　4.基于连续弱测量实现对二能级量子系统状态的连续实时估计。给出基于弱测量原理的系统动力学演化方程，以获得实时测量数据。利用绘景转换的方法，将量子态演化对状态的影响转为对测量算符演化，从而将不同时刻状态的测量值转化为针对同一时刻状态的测量数据。基于压缩传感理论，通过求解状态优化方程得到状态的实时估计结果。最后，通过仿真实验验证所提出实时估计方案，并进行特性对比分析。