量子系统中的最显著的非经典特征之一是存在非定域性,即没有经典对应的关联。近几十年来,量子信息理论中的核心问题便是研究怎么量化系统中关联的经典和量子部分,以及应用这种关联发展超越经典情形的技术。在以往关联的度量方式中,量子纠缠应用的最为广泛。然而,存在一些非纠缠的量子态仍可以表现出非定域行为,因此,量子纠缠并不能完整地刻画出系统中的非经典关联。量子失谐作为一种新的度量量子关联的方式,旨在度量系统中的所有量子关联(包括可分离态中的量子关联),近些年来受到了广泛的关注和研究,并被演示作为一种量子资源来实现一些量子信息处理的任务,如DQC1量子算法、远程态制备、纠缠分发和量子度量学等。另一方面,自旋体系在量子计算和量子度量学中有很好的应用前景,实验研究自旋体系中的量子关联具有实际的意义。这篇博士论文便是基于自旋体系对量子关联进行实验研究。首先从量子力学的发展入手,介绍了量子力学中的概率性、不确定性及非定域性等几个非经典性质,引出量子关联的概念和定义。然后介绍自旋磁共振的实验体系,包括核磁共振、电子自旋共振和金刚石固态单自旋体系。第三章介绍在开放量子体系中量子关联动力学的实验,对量子失谐动力学的实验研究且用动力学去耦的方式对其加以保护,这对在真实噪声环境中应用量子失谐做量子信息处理有着重要的意义。紧接着,在第四章介绍量子关联用于刻画敝Z模型的能级交错点,研究表明在没有纠缠的情况下,量子关联可以刻画两量子比特XXZ模型中的能级交错点。在第五章中,介绍非惯性系中量子关联的变化行为,以及用核磁共振的方法实现对此过程的量子模拟,并揭示了量子关联在Unruh效应下可以从经典关联态中产生。第六章介绍最近的一项实验工作,在金刚石中单电子自旋态上对玻恩规则的实验检验,得到的结果在误差范围内与玻恩规则预测一致。