量子信息科学是将量子力学基本原理应用于信息论和计算科学的产物。一切信息传输和计算的运行都必须要有物理的载体,量子信息科学最基本的载体单元就是量子比特。类比于经典的情景,量子信息科学的终极目标之一是量子计算机。然而任何事物都不是孤立存在的,量子信息科学也不例外。对量子信息学的研究揭示了量子力学中丰富而奇特的存在,加深了我们对量子力学的认识,例如量子纠缠。从形式的数学观点来看,量子纠缠是态叠加原理这一量子力学基本假设所规定的态空间的一种可能的存在。量子信息和量子计算正是充分利用了量子纠缠这一资源。在量子信息处理的过程中致命的威胁就是由于系统和环境的耦合,使得系统的相干性减弱甚至消失,这就是退相干。如何克服退相干是量子信息科学的一个重大难题,正是量子信息科学的发展极大地推动了退相干一这一量子力学基本问题的研究。另一方面,对于多体系统,其中存在的丰富的量子纠缠正是多体问题难以解决的原因,因此量子信息的研究可以促进对多体系统的研究,等等。在本论文中我们将对这些方面的内容有所涉及。棘轮效应指在没有偏压的周期性系统中,通过引入对称性破缺而引起的定向运动。定向运动就相当于输出功,似乎与热力学第二定律相悖。事实上棘轮效应和热力学第二定律有着密切的关联,对棘轮效应的研究也加深了人么对热力学第二定律的认识。随着加工工艺的进步,人们已经能够刻蚀出这种微观的不对称结构来实现有选择的定向输运。因此有关棘轮效应的研究不仅对于基础科学是有意义的,同时它还具有实用价值。近些年来由于光学操作特别是光晶格技术的进步,使得相干的量子棘轮成为可能。本论文的结构和结果如下：1,弱测量在超导相位比特体系诱导的纠缠动力学。超导量子比特被认为是有可能实现大规模量子计算,并最终建成量子计算机的可靠物理依托之一。理论上通过对电容耦合的两比特超导回路单片边行周期性的弱测量,发现周期性的弱测量可以引起两相位比特的纠缠突然产生。但是测量的过程并不必使得纠缠降低,相反的是可以使得纠缠提高。对于某一类混态可以达到提纯的效果。2,比特热库体系的关联动力学学。系统和环境的耦合导致系统的退相干,要真正克服退相干即必须要对退相干有深刻的认识。对于自旋组成的比特是同波色子组成的环境中退相干模型。我们通过对环境进行粗粒化处理的方法,系统研究和了退相干的具体过程。系统量子性的消失的同时画境自由度之间建立起了关联,在粗粒化意义下,我们发现演化完成时,系统之间的关联完完整整的转移到了环境之间。3,一维XY模型的自旋动力学。通过研究系统淬火之后系统内部格点之间的演化的关联动力学我们发现,系统动力学性质也可以用来表征相变。与以往更加不同的是我们发现近邻格点之间的经典关联的演化动力学可以用来表征系统的相变,而量子关联和量子纠缠的动力学却不可以。4,新型量子频闪棘轮方案。对原先的的量子频闪(flashing)进行改进,在不改变演化时间周期的前体下,引入时间上的非对称性。这使得我们的模型激发出了原先所不能激发定向输运模式。同时在我们改进后的方案里,高阶量子共振可以更有效的被激发。