近年来，一方面由于实验技术的飞速进步，另一方面由于受量子信息科学发展的带动，量子力学和量子统计力学/热力学的一些基本问题重新引起了人们的关注，并导致了一些新的热点研究方向。其中一个重要的方向是量子热力学。量子热力学研究的对象是量子世界的热力学，其目标是把热力学推广到量子力学的范畴内。本文对量子热力学有关的问题进行了一系列深入的研究。在本文中，首先介绍有关量子热力学的基本概念比如热力学第一定律和一些基本热力学过程的量子力学推广，以及一些最新的进展，比如广义正则热化原理和量子Jarzynski等式。在此基础上，笔者准确阐述量子卡诺(Carnot)热机和量子奥托(Otto)热机中的热力学循环过程，并且比较它们和经典热机循环的异同。接下来，基于一个比较真实的物理模型详细讨论了量子相干性以及环境诱导的退相干对量子热机工作效率的影响。最后，还利用量子受控逻辑门，给出了一个包含麦克斯韦妖(Maxwell)妖的量子热力学循环过程的实现方案，并探讨了在实验上演示麦克斯韦妖(Maxwell)妖工作过程和信息擦除过程的可能性。　　 量子信息启发的另一个热点方向是自旋系统的量子相变问题。此前人们关注的大多是量子相变系统的与时间无关的性质，比如基态的量子纠缠在量子临界点的奇异性。笔者对自旋体系中量子相变发生时的动力学敏感性进行了系统的研究，并且考虑它与对称性自发坡缺，和量子退相干等基本概念之间的内禀联系。笔者发现在横场伊辛(Ising)模型中体系的洛克斯密特(Loschmidt)回波会在量子相交临界点取极小值，这个结论揭示了量子相变和量子混沌以及量子退相干等领域的一些重要概念之间的深刻联系。现还进一步将有关量子相变系统的洛克斯密特(Loschmidt)回波的研究推广到有限温度情形和量子保真度方法，这为用统一的理论工具来刻画量子相交和经典相变提供了一种可能。