涨落是物理世界中最普遍的现象,在有限温度下,任何物理系统都有涨落。对涨落的认识不仅有助于我们理解经典物理系统的耗散,也可以帮我们把握量子系统的退相干行为。在大多数情况的,宏观系统动力学行为表现出经典的涨落特性,而微观系统如原子,电子自旋等的动力学演化却由量子力学来描述。这种经典与量子的区别一直是困扰物理学家的课题。在从微观到宏观的过程中,量子力学的可逆演化特征是如何向经典的不可逆涨落转变的?宏观尺度的量子效应如何存在?实验上深入观察宏观,复杂系统的涨落行为,并在此基础上对其实现有效的控制,对探索这类问题有着潜在的重要意义。近年来发展起来的新物理体系,诸如超导,超流,冷原子,自旋系综以及纳米力学等,为我们提供了研究这些问题的实验手段,这些系统一方面在空间尺寸或粒子数量上具有和传统的单量子系统相比更加宏观的特征,另一方面又能在特定条件下表现出很强的量子效应,特别是纳米力学系统,近年来在量子科学研究领域受到了广泛的关注。在这篇博士论文中的工作中,我们自行搭建的实验研究平台,实现了新的实验技术,以此研究了一个准宏观和一个宏观物理的涨落动力学行为。特别的,我们将展示两种从未被观测到过的反常涨落动力学行为。这些为将来我们开展基于纳米力学的宏观量子效应的实验研究打下了关键的技术基础。1.借助新近发展起来的单电子自旋量子干涉仪,我们研究了由核自旋系综构成的准宏观系统的涨落行为,我们首先实现了借助单电子的朗道-齐纳干涉过程,实现了对自旋系综涨落强度的精确测量。更进一步的,我们借助高阶的动力学去耦技术,实现了对这个准宏观宏观系统的操控,并且首次观测到了该系统涨落中的量子效应。2.为了研究真正意义上的宏观系统,我们搭建了室温下纳米力学系统实验平台,并且借助光纤干涉仪,实现了对纳米机械振子在室温下热涨落的实验观测。特别的,我们通过力学系统中的参数转换过程,实现了对探测过程产生中的反作用噪声的有效抑制,该技术为将来实现接近量子极限的机械振子运动测量提供了潜在的手段。3.室温下的热涨落是远远大大过量子动力学行为的,我们因此进一步搭建了一套低温力学系统探测平台。特别的,我们借助对单个化学键形成过程中的特殊力学作用的精确控制,实现了目前力学系统中最强的非线性响应,这使得我们在纳米机械振子上观测到了一种特殊的非线性涨落行为-双稳态随机跃迁,该行为虽然早有理论研究,但是从未在宏观固体系统中观测到过。这为进一步实现量子涨落诱发的双稳态隧穿等宏观量子效应提供了的关键的技术突破。