量子相干是量子力学的核心内容,它描述一个量子系统的若干个不同的态叠加成一个纯态的情况。当量子系统处于若干个不同态的相干叠加态时,如果不破坏系统的状态,就不可能确定量子系统究竟处于哪个态上。量子纠缠态是特殊（复合系统）的相干叠加态。量子信息技术,实质上就是利用和开发量子态的相干叠加、纠缠等非经典性质,实现信息的存储、传输和处理。热学是研究宏观系统热现象以及与热相联系的各种规律的学科。回溯热学的发展历程,热力学和原子分子学说的结合导致了统计物理的产生,当描述微观粒子运动的理论从经典力学发展到量子力学,就形成了量子统计理论。每一次新思想的引入,都加深了人类对宏观系统的认识。随着对量子相干和量子纠缠的研究日趋广泛和深入,量子相干和量子纠缠现象不仅在宏观尺度上得以实现,而且原本以为只局限于微观世界的量子纠缠,近年来也有实验发现,可以对宏观系统的性质产生可观测的影响。因此,要继续深入研究宏观系统的热力学性质,就有必要将量子态的相干性质引入到热学的理论体系中来。引入量子相干性后,研究宏观系统的热现象和与热相联系的各种规律,不仅能够使热学更进一步发展完善,而且有望加深对量子相干性的理解,解决量子力学的一些基本问题,还可能为量子信息技术的实用化发挥基础性的指导作用。本文主要包括以下内容:（1）对量子热机的研究。第一,介绍并深入考察了一个工作物质为二能级系统的量子热机模型,澄清了T.D.Kieu文中“量子力学本质的概率性导致热力学第二定律的Kelvin表述被违背”,“热力学第二定律在平均意义上才正确”等比较含糊的说法。证明只要量子热机能够对外做功,热力学第二定律就总是成立的。第二,首次在量子热机的研究中引入纠缠。构造了四能级热机模型,工作物质是由相互纠缠的两个二能级量子系统构成的四能级系统。考察了热机吸热、对外做功以及效率和纠缠之间的关系,证明热力学第二定律在包含了纠缠的系统中依然是正确的。考察了量子热机能够对外做功的条件,发现与无纠缠的二能级量子热机相比,有纠缠的四能级量子热机放宽了对温度、磁场等控制参数的要求。（2）对热纠缠性质的研究。热纠缠是处于热平衡态的系统所包含的纠缠。第一,考察了一个具体的Heisenberg自旋链中,热纠缠随温度、磁场等参数变化的特征。通过对本征态的分析,准确的解释了这些特征。第二,基于Heisenberg自旋链本征态的特点,归纳了Heisenberg自旋链中热纠缠的三个一般特征,对任意长度的Heisenberg自旋链中的任意n-体纠缠,都是普遍成立的。（3）对不等价纠缠标识的研究。首次明确提出了不等价纠缠标识的概念,阐明了不等价纠缠标识的两个要点。证明磁化强度绝对值可以作为Heisenberg自旋链本征态的不等价纠缠标识。（4）对量子相变和量子纠缠不等价分类之间联系的研究。首次探讨了量子相变和基态纠缠的不等价分类之间的联系。我们认为子相变发生时,基态纠缠类型同时也发生变化,并针对Heisenberg自旋链和一维XY自旋模型,验证了这个推测。