量子相干性是量子物理区别于经典物理的本征属性,作为重要的量子资源,在众多物理领域有广泛的应用。尤其是在量子信息领域,量子相干性的保持与转化往往决定了量子操作能否进行。通常系统与环境不可避免的相互作用所引起的退相干严重阻碍了量子信息处理的实现。因此,研究开放系统的量子相干性对于实际的量子信息过程具有重要的科学意义。在开放系统研究中,微扰近似、波恩近似、马尔可夫近似及旋转波近似是处理系统与环境相互作用常用的近似方法,然而这些方法都有相应的适用条件,存在固有的局限性。比如,在强耦合条件下,上述近似方法往往不能准确地描述系统的动力学行为。因此考虑如何突破近似方法的局限,在理论与实验模拟上更为精确的描述系统的演化,是非常有意义的研究课题;进而在开放系统中研究量子关联和量子相干性的问题,这是本文的主要出发点。在量子相干资源论框架下,人们希望从有限的资源中尽可能提取出更多、更纯的量子相干资源。因此本文的另一个出发点在于如何通过实验设备,实现量子相干的提纯(蒸馏)过程。本论文的主要研究内容如下:1.基于线性光学系统实现单比特经过非旋波近似通道演化的实验模拟。给出了非旋波近似通道下单比特的退相干动力学映射过程,理论上利用级联方程方法对该过程进行数值计算,实验上基于线性光学系统实现了该动力学过程的模拟。理论与实验的数值符合很好,验证了该退相干通道演化实验模拟的切实有效。基于该实验通道,测量了量子时间导引在旋波近似通道与非旋波近似通道下的不同动力学行为;此外通过实验探究了两种通道下的量子非马尔可夫效应。2.退相干通道下的辅助量子相干蒸馏。讨论两体系统中退相干通道对于经过局域非相干操作与经典通讯提取相干资源的影响。利用级联方程方法计算了两比特系统经过局域旋波近似通道与非旋波近似的演化,再通过优化辅助系统的测量得到目标子系统所能提取的最大相干资源,分析了最优可提取相干资源与量子非相干相对熵在两种退相干通道下的不同演化过程。3.单份量子相干蒸馏的实现。基于线性光学系统,提出了单份量子相干蒸馏中初态到最优目标态的非相干转化方案,实验上实现了单份量子相干蒸馏过程,验证了单份可蒸馏相干与误差容错率以及给定初态叠加系数之间的关系。此外,提出基于超导QED系统实现单份量子相干蒸馏的理论方案,并在考虑各个超导器件的退相干效应后分析了该方案的可行性。与光学系统不同,超导QED系统有着更大的潜力实现高维复杂的相干蒸馏操作。