量子绝热捷径技术已被广泛应用于原子冷却,粒子转移,布局数转移和自旋操控等,逐渐成为原子物理、量子光学、量子控制和量子信息等领域的热点问题。特别是,该技术已经被广泛应用于加速单原子或原子波包的绝热“慢”过程,用于实现快速、高保真的量子态的制备和操控。在此基础上,本论文旨在将量子绝热捷径技术应用于原子快速非绝热操控中,实现非简谐势阱下单粒子的快速相干转移,物质波孤子压缩以及探讨其在量子干涉仪、量子热力学以及量子信息处理中的应用。通过三年多的工作,我们取得了以下几方面的成果:(1)利用量子绝热捷径技术加速原子的快速相干转移,特别提出一种简单但有效的三角余弦方案,可有效消除三阶或四阶非谐振势的影响,得到快速且鲁棒性好的原子转移方案,并保证在末态不激发。所有数值结果是针对目前的中性原子转移实验提出的,三角路径方案可能为实验中原子或离子的快速转移提供理论依据;(2)提出在非简谐势阱下,具有相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体高保真度且快速相干转移方案。首次通过变分法与常用于原子无摩擦冷却、内态操控等的绝热捷径技术-不变量反控制方法巧妙结合,得到一组类Ermakov动力学耦合方程,包括波包中心位置与呼吸模式的耦合,设计快速非绝热转移路径方案。数值结果显示,在三阶或四阶非简谐势阱影响下,原子快转移仍能实现又快又好。此方法或为原子干涉仪和量子信息处理研究提供潜在应用;(3)提出一种非线性物质波孤子在简谐势阱中的快速非绝热压缩方案。通过变分法和反控制方法结合,设定系列边界后,由Fechbach共振调节原子之间的相互作用,实现高保真且快速非绝热孤子压缩方案。此方法或为量子绝热捷径技术在非线性物质波动力学以及光孤子的研究提供参考;(4)研究利用量子冰箱中近似二能级绝热操控构建量子活塞热机系统,通过不同的量子绝热捷径技术,得到最优的方案。另外,将基于快速的孤子压缩用于量子热机,提出高功率非线性Fechbach热机的工作原理。建构以非线性玻色-爱因斯坦凝聚为媒质的奥托循坏系统,利用Feshbach共振调节非线性强度可实现孤子的非绝热膨胀和压缩,进而缩短热机循环时间,提高功率和效率。