量子系统作为量子信息处理的关键部分总是会不可避免地与周围的环境发生相互作用,从而导致量子系统产生这样或那样的消相干,这已经成为了构建可靠量子信息处理装置的主要障碍。因此,现实情况下一个量子系统将不得不被考虑为一个开放量子系统。在当前量子信息的发展中,对开放量子系统相关问题的研究已经成为了一个重要课题。首先,研究开放量子系统的动力学在理论上是必要的。其次,研究与其相关的若干量子信息问题在现实中是迫切的。比如研究影响系统动力学的各种因素及其内在联系,它是深刻描述环境对系统的影响以及探求如何克服消相干的必要理论前提;作为当前量子通讯的研究热点之一研究如何在开放量子系统下保护作为量子信息编码的量子态在现实应用中是非常迫切的;研究开放量子系统下的量子度量问题也是非常有现实意义的。本论文就以上几个方面展开了若干研究。在第一章中,我们首先对开放量子系统以及消相干问题进行了阐述。然后我们回顾了近年来开放量子系统的研究进展,详细分析和总结了前人的相关工作。涉及的内容主要包括开放量子系统动力学的最新研究进展;开放量子系统下的量子态和纠缠保护;开放量子系统下的量子度量问题等。在第二章中,我们主要介绍了和本文相关的一些基础知识,包括基本理论、概念和基本定律。内容主要涉及四个方面,包括量子物理中基本概念、开放量子系统动力学理论、量子测量反馈理论和量子参量估计理论。在第三章中,我们借助量子碰撞模型研究了开放量子系统动力学相关问题。我们考虑了影响系统动力学的各个因素包括初始系统环境关联、环境的初始态以及系统-环境和环境内部之间的耦合等。特别是分析了这些因素与系统非马尔科夫度以及环境记忆效应的关系。在第四章中,我们提出了在开放量子系统下保护量子态的方案。我们的方案利用了量子测量反馈来达到了抑制量子消相干的目的,其中的操作包括弱测量、前反馈及其逆操作等。我们方案的主要思想是:首先在通道前根据对系统进行弱测量的不同结果施加相应的前反馈使得量子态被旋转为对消相干通道几乎免疫的态,然后在通道后选择合适的测量反馈逆操作恢复出被保护量子态。基于此方案,我们实现了对一个未知量子态、两个非正交态以及两粒子纠缠态的精确和优化保护。在第五章中,我们研究了在开放量子系统下关于热库温度测量精度的优化估计,分析了开放量子系统下量子参量估计的特征和规律。特别是,我们关注了系统处在非稳态时参量估计的优化问题,包括测量时间的优化和初始输入态的优化等。最后,我们探索了在开放量子系统中优化费舍信息和优化测量时间随着探测粒子数的变化情况。在第六章中,我们对本文作了全面总结并对未来的研究方向进行了展望。