量子力学的发现和信息理论的产生无疑是二十世纪极其重要的两个事件，这两者结合的产物是量子信息科学，量子信息科学呈现出与经典信息科学截然不同的崭新面貌，在很多方面表现出明显的优势。比如，利用量子态的相干叠加性，人们提出了量子并行算法，用以解决诸如大数因式分解等经典计算无法解决的问题。又如，量子不可克隆定理使得量子信息不能像经典信息那样可以被任意复制，这使得人们能够建立起绝对安全的量子密码系统。再如，量子纠缠可以起到连接不同空间点的量子信道的作用，从而实现量子隐形传态。量子信息科学为信息论打开了新的大门，有着许多经典信息论无法比拟的优势，如信息安全，运行速度快，信息容量大等。总之，量子信息科学的诞生，为未来的信息科学和技术注入了新的活力。 现在，量子理论被广泛地应用在物理学的各个分支以及其它学科中，这也促进了信息科学和技术的快速发展。近年来，物理学家加入到这个研究行列，他们一方面提出许多令人耳目一新的概念、原理和方法；另外一方面，他们在寻找，在尝试各种适合量子计算的系统，如腔QED，量子点，核磁共振等等来实现量子计算。每个系统都有各自的优点和一些自身的缺陷。量子自旋链系统，是基于固态系统中的相互作用，可以实现量子计算的系统。这种系统，对量子纠缠态的生成，量子态的传输，克隆，量子逻辑门的构造等方面都有一些新的特色和优点，所以引起了人们的注意。这里，我们对基于自旋链系统中的量子态的特性，量子态的传送和量子克隆等相关内容进行研究，主要研究成果为： (1)研究了自旋链中的热纠缠和混度。在量子信息处理，特别是量子计算的物理实现中，固体系统，由于其具有可扩展和易集成性，是最有希望进行大规模量子计算的物理系统。大量的文献表明，固体中的自旋链是实现量子计算和量子通讯的物理系统之一。在众多的实现方案中，往往需要量子纠缠这种物理资源及其控制纠缠的方法等。另外，对自旋链这类多体系统纠缠的研究有助于解释和发现新的物理现象。一个量子态可用纠缠度和混度这两个自由度来描述。在现实中，一个微观物理系统容易和周围的环境耦合，这样就导致该物理系统从一个纯态系统演化到一个混态系统，因此有必要考虑自旋链的混度。基于以上原因，我们研究了三个量子比特的自旋链热纠缠和混度，详细讨论了各种参数，例如温度，各向异性和外界磁场等对它们的影响，发现了一些规律，例如，混度随着温度的增加而单调地增大，而纠缠则不这样。在零温时，要完全区分基态，必须同时考虑纠缠度和混度。在混合态中，人们比较感兴趣的是最大纠缠混态。在我们考虑的系统中，我们发现，给定混度，通过改变参数，可以得到一个纠缠的上限，这个上限的一部分与最大纠缠混态给定的上限重合。这表明，在该系统中可以得到最大纠缠混态，我们给出了系统处于基态时，所得到的最大纠缠混态的形式。这些结果为制备最大纠缠混态提供了另一种途径。 (2)我们研究自旋压缩和两体纠缠的关系。近年来自旋压缩在量子信息的过程中引起了人们的很大兴趣。自旋压缩是存在纠缠的充分条件，因此有人提议利用自旋压缩作为多体量子态纠缠的判断标准。前人的研究总有关于对称自旋态中，自旋压缩意味着两体纠缠的结论。这里，我们通过对对称三比特自旋量子态研究发现，这两者之间不存在必然的相互依存的关系。在有些情况下，如果存在自旋压缩，则存在两体纠缠，但是有些情况下，只是存在这两者中的一个。从这一点上可见，对于三比特的量子态，可以存在三体纠缠在一起，但其中任何两个却是退纠缠的情况，也可以存在任何两个比特是纠缠的，但是三个比特组成的整体却不是一个纠缠的系统的情况。 (3)我们研究自旋系统中的量子传态和量子克隆。在所考虑的系统中，只有一个发送者，但是有两个接受者。另外这里我们还研究各种参数对输出输入态之间保真度的影响。在少数输入，多数输出的传态克隆过程中，存在一个最佳的保真度，这个最佳保真度与输入输出的数目有关。由于量子不可克隆定理，最佳保真度不可能达到1。这里，我们研究保真度和系统纠缠的变化特性，这两者之间的关系，还有各种参数的影响。发现最大保真度可以达到一个比较高的值，在取最大值的时候，外部磁场和温度可以有较大的变化范围。纠缠尽管是量子传态的必要资源，但是通过研究两体纠缠和保真度之间的关系发现，纠缠大，并不一定保真度就高。