[ca] En aquesta tesi, el nostre principal objectiu és utilitzar diferents tipus de dinàmica quàntica com a recursos. Per fer-ho, investiguem la termodinàmica, l'estat estacionari sense equilibri i l'espectroscòpia dinàmica per categoritzar la dinàmica dels sistemes quàntics sense impuls extern (autoimpuls), amb impuls extern feble o amb impuls extern fort amb impuls quàntic.A la primera part, explorem la dinàmica dels motors tèrmics quàntics. Específicament, considerem dinàmiques que són impulsades per un hamiltonià independent del temps, és a dir, sense control extern. Mostrem que quan un sistema en funcionament interactua de manera no local amb dos banys a temperatures diferents, el motor pot operar en un cicle d'un sol pas, cosa que produeix l'eficiència de Carnot a màxima potència. Aquest avantatge es deu exclusivament al fet que les operacions no locals són més poderoses que les locals. Per estudiar aquests motors de manera més sistemàtica, desenvolupem una teoria dels recursos dels motors tèrmics. Això proporciona un marc per estudiar els motors quàntics que funcionen amb un sistema de treball compost per un nombre finit de partícules quàntiques i restringit a unes poques observacions, és a dir, en el règim de mida finit duna sola vegada. També proposem un model experimental factible d'un motor que utilitza un sistema de cavitat atòmica que produeix l'eficiència de Carnot a màxima potència.A la segona part, considerem la dinàmica quàntica oberta, on un sistema interactua feblement amb els entorns. En particular, estudiem la dinàmica basada en l'equació mestra de Lindblad de sistemes quàntics dèbilment acoblats a dos banys termals a temperatures diferents. En general, aquestes dinàmiques condueixen a estats estacionaris de no-equilibri. En acoblar selectivament un sistema quàntic a dos banys tèrmics diferents, es pot dissenyar un bany tèrmic sintètic i la temperatura del bany sintètic es pot fer negativa. Amb això explorem la termodinàmica quàntica d'estat estacionari amb temperatures negatives. Mostrem que el zero i l'estat de Clausius de la segona llei romanen inalterats en el cas de banys amb temperatures negatives. Tot i això, l'enunciat de Kelvin-Planck de la segona llei s'actualitza en aquest cas per incorporar el següent. (i) Hi ha un flux de calor espontània d'un bany amb temperatura negativa a un bany amb temperatura positiva. En aquest sentit, els banys amb temperatura negativa són 'més calents' que els de temperatura positiva. (ii) Hi ha un flux de calor espontània d'un bany amb una temperatura menys negativa a un bany amb una temperatura més negativa. També presentem un motor tèrmic continu que opera entre un bany de temperatura positiva i negativa. La nostra anàlisi mostra que l'eficiència de conversió de calor a treball per a aquest motor és sempre la unitat. Estudiem les implicacions termodinàmiques dels nostres resultats.La tercera part de la tesi explora els sistemes impulsats per forts camps externs. En aquestes circumstàncies ens trobem amb dinàmi- ques quàntiques transitòries, que no poden ser descrites per la termodinàmica. Aquest tipus de dinàmica es fa servir per a l'espectrosc- òpia dinàmica. En particular, hem estudiat la generació d'alts harmò- nics on un camp làser fort interactua amb la matèria. Utilitzant el mecanisme de generació d'harmò- nics alts, caracteritzem les característiques topològiques dels sòlids.

[en] n this thesis, our main objective is to utilize different kinds of quantum dynamics as resources. To do so, we investigate thermodynamics, non-equilibrium steady states, and dynamical spectroscopy in order to categorize the dynamics of quantum systems as having either no external drive (self-drive), a weak external drive, or a strong external drive, respectively.In the first part, we explore the dynamics of quantum heat engines. In that, we consider dynamics that are driven by time-indep-\\endent Hamiltonian, i.e., without external driving. We show that when a working system non-locally interacts with two baths at different temperatures, the engine can operate in a one-step cycle, yielding Carnot efficiency at maximum power. This advantage is exclusively because non-local operations are more powerful than local ones. To study such engines in a more systematic manner, we develop a resource theory of heat engines. This provides a framework to study quantum engines operating with a working system composed of a finite number of quantum particles and restricted to few observations, i.e., in the one-shot finite-size regime. We also propose an experimentally feasible model of an engine using an atom-cavity system that yields Carnot efficiency at maximum power. In the second part, we consider open quantum dynamics, where a system weakly interacts with environments. In particular, we study the Lindblad master equation-based dynamics of quantum systems weakly coupled to two thermal baths at different temperatures. In general, these dynamics lead to non-equilibrium steady states. By selectively coupling a quantum system to two different thermal baths, a synthetic thermal bath can be engineered, and the temperature of such a synthetic bath can be made negative. With this, we explore steady-state quantum thermodynamics with negative temperatures. We show that the zeroth and the Clausius state of the second law remain unaltered in the case of baths with negative temperatures. However, the Kelvin-Planck statement of the second law updates in this case to incorporate the following. (i) There is spontaneous heat flow from a bath with a negative temperature to a bath with a positive temperature. In this sense, the baths with a negative temperature are 'hotter' than the ones with a positive temperature. (ii) There is spontaneous heat flow from a bath with a less negative temperature to a bath with a more negative temperature. We also introduce a continuous heat engine operating between a positive and negative temperature bath. Our analysis shows that the heat-to-work conversion efficiency for such an engine is always unity. We study the thermodynamic implications of our results. The third part of the thesis explores systems driven by strong external fields. In such circumstances, we encounter transient quantum dynamics, which cannot be described by thermodynamics. This kind of dynamics is utilized for dynamical spectroscopy. Particularly, we have studied high harmonic generation where a strong laser field interacts with matter. By utilizing the high harmonic generation mechanism, we characterize the topological features of solids.