腔量子电动力学，（Cavity-QED），旨在研究受限在特定空间，如微光学腔、高品质微波腔、受限量子器件等中的原子（离子）与光场作用的量子行为。

腔量子电动力学，（Cavity-QED），是旨在研究受限在特定空间中的原子（离子）与光场作用的量子行为，在原子与腔场作用达到一定程度以后，光子和原子相互影响变得很强烈，从而导致一系列新的效应，比如原子自发辐射反转、量子纠缠、非经典光场等。腔量子电动力学描述了在共振腔中某一物质系统与电磁场之间的相干耦合。通过利用高品质的共振腔，在实验上可以实现原子和光场的强耦合，在强耦合情况下原子在从腔场泄露出来之前，与单模光场多次发生单光子交换。

随着光子晶体和量子点等领域的技术快速发展，基于这些固体材料的微型腔和腔QED吸引了众多科研小组的兴趣，用这一类微尺度的腔QED方案，设计可用于量子信息处理或者其他量子光学实验的量子系统。

利用原子冷却手段控制原子（离子），腔QED在量子物理研究中受到人们的广泛关注，在各种微型光量子器件、量子信息科学等具有重要应用价值，在此基础上利用低损耗微腔实现光场与原子的作用，并研究特定条件下原子的辐射特性、单光子源的产生以及光场与原子纠缠等。

光学微腔中原子之自发辐射与自由空间中原子的自发辐射有着重要的不同，腔能够控制腔内原子的自发辐射，使自发辐射得到抑制或增强，并有可能使自发辐射成为一个可逆过程，由此发展起来的腔量子电动力学能够阐述腔场与原子的相互作用。

在强耦合情况下，原子在从腔场泄露出来之前，与单模光场多次发生单光子交换，根据与原子相互作用的腔模的频率的不同，存在着光腔量子电动力学和微腔量子电动力学．原子腔量子电动力学系统提供了一个很好的进行量子信息处理的实验平台。

它在集成性能上不具备优势，为了满足量子信息处理的要求，真正达到规模化，集成化的控制，我们必须考虑固体量子系统，电路量子电动力学系统就是腔量子电动力学的原理在固态领域的实现，在电路量子电动力学中，用超导量子比特来充当人工原子，超导电路与腔的强耦合也可以实现。

我们研究最近受到关注的开放腔QED系统，开放腔是指没有完全封闭的腔，从而它可以输入输出光子，这种系统的特点是它可用光子携带信息，因为光子不容易退相干而且能快速传播，所以用这样的系统信息处理，可行性比较大，效率也可以很高。

腔量子电动力学也可以作为光学器件在光学试验等其他领域中得到应用，系统可以用来研制单光子水平的光学开关，微尺度的分束器以及干涉仪等，这些器件在组成量子逻辑门，产生量子干涉和制备纠缠态等量子信息领域中的应用。

根据与原子相互作用的腔模的频率的不同，存在着光腔量子电动力学和微腔量子电动力学。原子腔量子电动力学系统提供了一个很好的进行量子信息处理的实验平台，但它在集成性能上不具备优势。为了满足量子信息处理的要求，真正达到规模化、集成化的控制。

电路量子电动力学系统就是腔量子电动力学的原理在固态领域的实现，在电路量子电动力学中，我们用超导量子比特来充当人工原子，用一维超导传输线共振器来充当微波腔场。与自然原子不同，人工原子的性质可以人为地设计和调控。

由于超导量子比特包含很多原子，它的有效偶极矩比碱金属原子和里德堡原子大很多，而且一维传输线模体积小，因此即使固态环境的干扰作用强，导电路与腔的强耦合也是可以实现的，我们可以观察到单个人工原子和单个微波光子的相互作用，利用电路量子电动力学可以探究到原子腔量子电动力学不能探究到的新领域。