量子信息、量子模拟、量子传感和精密测量是当前量子信息科学技术的主要研究内容。由于玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensates,BECs）具有高度的相干性和波动性,其在量子模拟、量子传感和量子干涉中具有巨大的应用前景。特别地,研究冷原子干涉和其相干操控在基础理论研究和实际应用中都有重要意义。实现冷原子相干分束一般采用缓慢的绝热分束,但绝热过程所需的时间过长会产生技术噪声和附加相扩散对干涉仪的性能造成影响。于是,如何实现一个快速且稳定的非绝热分束是该领域的研究热点之一。量子绝热捷径（Shortcuts to Adiabaticity,STA）可用于加速量子绝热过程,实现对噪声、退相干、误差等因素的有效抑制。本论文利用量子绝热捷径技术研究双势阱中冷原子的快速非绝热分束,并探讨其在原子干涉中的应用。论文取得的成果如下:一、利用基于变分近似的反控制法设计系统的动力学方程,在双势阱中实现了冷原子快速且稳定的分束,并考虑原子间非线性相互作用的影响,在较短的演化时间内完成了STA设计的高保真度分束。二、将上述工作从Gross-Pitaevskii（GP）平均场理论推广至多体理论中进行讨论。通过引入玻色子多组态含时Hartree（Multiconfigurational time-dependent Hartree method for bosons,MCTDHB）理论来描述多体玻色子的分束动力学过程,在多体理论中数值模拟了冷原子分束过程,并验证上述STA技术在多体理论中的有效性。