Cada linguagem implementou e chamou de trait o que bem entendeu. É uma dessas coisas que ninguém sabe definir ao certo.
Tanto trait como mixin são técnicas de reúso de código, ambos fazem subclasse, sendo que o primeiro estabelece uma relação de subtipo e o segundo não, embora já vi caso que estabelece, então não sei se deixou de ser mixin.
O trait não possui estado, o mixin pode ter, mas já vi algo sendo chamado de trait aceitando estado e outro chamado mixin que não aceita.
Se o mixin tem estado e faz subtipo o que ele é diferente da classe abstrata? Talvez o fato de não permitir um construtor, só a classe concreta teria o construtor, a classe abstrata não pode ser instanciada mas pode ter construtor que obviamente só pode ser chamado pela classe derivada. Talvez seja isso mesmo.
Alguns dirão que colocar só implementação e até ter estado é apenas uma inclusão, que é um mecanismo "sub-julgado".
Quais são os casos onde devemos usá-los? Quais os problemas de desenvolvimento/manutenção esses mecanismos propõe resolver?
É tudo uma questão de organização e reúso resolvendo os problemas que outros mecanismos possuem.
Herança de estado, principalmente, é complicada e lida com detalhe de implementação, além do que é comum um objeto ter coisas a fazer em comum com outros objetos, mas não ser uma herança como conhecemos normalmente. O trait resolve isso. O que um objeto é capaz de fazer é diferente dele ser derivado de algo.
Herança só de implementação desobriga o objeto ter um contrato mantendo a implementação.
Quando você entende todos os aspectos dos mecanismos, vê que pode ter uma intersecção de conceitos, nem todos precisam estar presentes, e quando isso acontece vai criando mecanismos derivados, por isso existem tantos. Tem linguagem que preferiu ter "um" bem flexível que permitisse fazer as derivações de acordo com o uso.
Linguagens de tipagem dinâmica conseguem fazer mixin mais facilmente, por não precisar do subtipo para funcionar, já que a vinculação do método ao objeto pode ser feita em tempo de execução, muitas vezes é o que o pessoal chama de duck typing, que pode ser ou não.
Trait costuma ser mais interessante em tipagem estática.
Em outras linguagens, existem outros mecanismos que resolvem problemas semelhantes?
Sim, mas não só as linguagens dão esses nomes para mecanismos que nem sempre fazem isto, também fazem exatamente ou quase isto com outros nomes, ou sem dar nome direto ao mecanismo (herança privada, por exemplo).
Claro que interfaces e classes abstratas são conceitos semelhantes, mas não idênticos. Também tem os protolocos, delegações, políticas, papéis, conceitos, classes de tipos, só pra ficar nos que eu lembro e sei.
Conclusão
Tenho estudado isso, mas talvez porque as linguagens não os usavam anteriormente tenha pouca informação confiável, e o que tem é discrepante. Mas sei que são mecanismos poderosos e deveriam ser mais usados.
Eu acho engraçado PHP ter trait :) Interface também, classe ainda vai.
Note que nem tudo é o que diz ser:
Coloquei no GitHub para referência futura.
less
menciona mixin: lesscss.org/features/#mixins-feature