量子信息科学,是以量子力学原理为基础研究信息分析处理的学科。近几十年来,随着诸如量子计算模型和量子密码学等概念的兴起与发展,量子信息科学已经发展起一套完整的探索调控微观世界基本性质的研究体系。作为量子信息科学的一个分支学科,量子资源论力求通过抽象量子现象为资源,以统一的框架分析不同物理现象或信息处理场景中量子性资源的转化特性。而非热性与非对称性资源就是资源论语境下的两个重要研究对象。非热性是热力学中偏离热平衡状态的性质;而非对称性则是系统打破某种守恒律的性质。二者虽是经典物理学中常规研究对象,却都缺乏量子世界中的精确刻画。然而通过量子资源论的研究手段,我们可以从第一性原理出发解释经典热力学中含混的概念,进一步发掘热、温度、熵等经典概念量子对应之间所蕴含的深刻联系。本论文主要探索在量子热力学体系中非对称性或相干资源的独特行为。作为热力学中能量守恒条件的直接后果,非对称性资源无论是对不同热操作的分类还是对量子热力学定律的完整表述,都具有不可忽视的重要性。本文的研究方法是依靠量子信息科学中的工具,探寻各种特定无资源量子操作下系统状态中非对称性资源转化条件。本论文涉及我们的两项研究成果。第一部分是单模热操作与增强热操作中非对称性/相干资源的转化界限研究:首先,我们在提出实验友好的以单模玻色体系为热库的单模热操作基础上,详细研究了其在低维系统中的布居数与相干的演化规律,比较了其与不同热操作集合的差别。其次,我们通过推导增强热操作的相干合并任务的上界,发现了擦除关联在量子热力学中要消耗非热性资源。第二部分是非对称性的关联催化放大研究:首先我们推广了非对称性催化不可行定理,进一步证明有限维的纯态催化并不能增强平移不变操作的态转化能力,从侧面印证了关联在催化现象中的重要性;接着我们证明了有限维的关联催化可以使得量子比特系统的平移不变操作的能力增强至近乎所有量子操作,从而给出相干不可广播定理的更完整的刻画。两项结果都对从非对称性或相干的角度研究并完善量子版本的热力学定律有帮助。