量子热力学与经典热力学在本质上存在着很大的差异,同时又相互联系。而热力学的发展恰恰是建立在定义功和热以及内能的基础之上。在经典热力学中,其三大定律表述为:“能量既不会凭空消失也不会凭空产生;一个孤立系统中的熵(或混乱程度)总是不会减少的;绝对零度是不可能达到的”。事实上,热力学第一定律和第二定律都是建立在如何区分功和热的基础上,从而形成了完整的经典热力学体系,才能在其领域中获得显著的成就。然而,在量子热力学领域中,功和热存在多种定义,阻碍了量子热力学及其应用领域的进一步研究。因此,功和热的定义成了急需解决的问题。在经典热力学的基础上,本文研究了量子热力学功和热的定义,并在此基础上,研究了强耦合区域的量子卡诺热机,实现了卡诺循环及卡诺效率,并用了一个范例来验证其正确性。具体研究如下:1.对于功和热的研究:(1)给出了两种功的定义,满足不同的涨落定理,对应有两种内能的定义。(2)展示了内能的形式是由热化之后的热库平衡态决定的,同时得到了两种内能之间的联系。(3)通过热的定义,获得了用相对熵表述的熵产生,并证明了“热”满足热力学第二定律。2.对于强耦合热机下的卡诺循环:(1)一般来说,强耦合热机的效率是低于经典卡诺效率的,本文中通过一个独特的模型方法,在强耦合量子热机中实现了经典卡诺效率。(2)通过相对熵,给出了在强耦合量子热机下实现卡诺循环的两个限制条件。(3)用两能级系统与热库强耦合证明了本文的结论。