该论文的工作是利用代数动力学对开放量子系统的耗散和退相干问题进的研究。开放量子系统在物理学的各个领域都得到了广泛的关注。随着量子信息的发展,作为量子信息载体的原子系统的动力学行为受到人们越来越多的重视。量子计算、量子信息与量子系统的相干性有着直接而紧密的联系。然而,系统与环境的不可避免的相互作用所导致的退相干效应给量子计算和量子信息的应用带来了严重的挑战。即在实际应用中量子相干性很难保持。在量子计算机中,尽管人们做了各种努力,但不可能构造一个完全孤立的量子体系。比如,我们关心的量子系统会与外部热环境发生不可避免的相互作用,从而与环境纠缠,这将导致量子相干性的衰减或消失,使得量子体系携带的信息丧失。所以退相干问题是阻碍量子计算实现的一个重要因素。因此,对于由环境热辐射场的耦合导致的不可逆耗散和退相干性质的研究,不仅有助于了解开放系统的动力学行为,而且对于进一步研究量子系统的退相干,实现量子计算、量子信息将提供一个可能的参考。 代数动力学方法在量子力学系统中和量子统计系统中有着广泛的应用。特别值得一提的是,在开放量子统计系统中,引入了相关代数的左右表示,从而将具有含时参数的非自治量子主方程化为类似于薛定谔方程的形式,并且能找出它的精确的代数结构。然后通过一些规范变换得到这类非自治量子主方程的解析解。于是得到量子开放系统的完整的退相干特性。本论文就是用这一基本方法,对与环境热辐射场相互耦合的原子系统的耗散和退相干性质进行了详细的研究。我们首先考虑的是二能级原子在热平衡环境下的耗散动力学,利用代数动力学方法我们研究了该系统精确的耗散退相干性质,解析地求得其稳态解及时间演化解,得出其长时演化后将趋于平衡解的结论。并且将此模型推广至多原子的耗散研究,得到了其精确的退相干特征时间。第二个系统是与辐射场相互作用的Λ型三能级原子体系,我们找到了该系统的代数结构,用代数动力学求解得到了系统约化密度矩阵的精确稳态解和时间演化解。进一步通过数值分析清楚地体现了系统长时间演化后趋于稳态的性质,得到了系统退相干的特征时间只取决于原子的自发衰减率和环境平均热声子数的结论。 论文的结构是这样安排的:第一章对代数动力学及其发展和应用作了简单的介绍;第二章给出了与环境量子辐射场相互耦合的耗散原子系统的哈密顿量;第三章是耗散原子系统的约化密度矩阵满足的主方程的推导;第四章研究了与热库相互作用的二能级原子系统的动力学性质;第五章研究了与热库相互作用的三能级原子系统的动力学性质;最后,在第六章给出了对耗散量子系统动力学性质的总结。