光子阻塞效应是腔量子电动力学中的核心非线性现象，通过抑制多光子激发实现单光子或光子束的确定性调控，为量子信息科学的发展提供了关键物理手段。当前研究主要聚焦于常规光子阻塞与非常规光子阻塞两大机制：前者依赖原子-腔强耦合诱导的非谐性能级劈裂，通过能谱非均匀性有效抑制多光子跃迁；后者则利用多路径间的破坏性量子干涉效应，即便在弱耦合条件下也能抑制双光子激发，从而显著降低了对强非线性的需求。两者的协同作用可进一步优化光子阻塞的性能，显著提升阻塞效率。近年来，该领域研究不断拓展至非互易光子阻塞、非线性耗散调控等方向，不仅为理解量子光学中的非线性行为提供了更丰富的理论框架，也为量子信息处理、量子计算和量子精密测量等应用奠定了技术基础。此外，多光子阻塞及其扩展机制的研究也为发展多光子量子技术提供了重要支撑。本综述系统梳理了单光子阻塞、多光子阻塞及其拓展机制的实现方案与最新研究进展，重点探讨其在单光子源、量子信息处理及量子网络等前沿领域的潜在应用。最后，展望了光子阻塞效应未来的发展方向，包括新型非常规光子阻塞机制的探索，以及其在大规模量子信息系统中的应用前景。

二维材料具备大激子束缚能、可堆叠为异质结构等独特物理性质，近年来得到广泛研究，基于二维材料的器件在光电子学、量子信息和纳米技术等领域展现出巨大的应用潜力。微纳光腔能在微纳尺度上调控光场与物质的相互作用，为研究量子体系的激子-光子耦合提供理想平台。因此，二维材料与微纳光腔的集成是目前重要的研究方向之一。本文综述了二维材料与微纳光腔耦合的典型器件结构，重点讨论了该体系中准粒子之间的相互作用和多自由度调控。通过设计与调控这些耦合体系，探索新奇的量子现象，如激子极化激元、激子-纳米腔声子自由度相互作用等，其中丰富的量子效应展现了该体系在量子光源、非线性光学和拓扑光子学中强大的应用潜力。尽管当前制备与集成工艺仍需提升，强关联与多体效应理论仍需完善，但二维材料-微纳光腔耦合体系这一领域的快速发展为光量子科技的进步提供了新的机遇。

基于光学微腔与固态量子体系诸如量子发射体系和量子自旋体系等的腔量子电动力学研究广泛应用于现代量子光学和量子信息科学领域。近年来，有关突破光衍射极限的等离激元纳米腔与高性能二维半导体激子的相互作用研究受到广泛关注，有望将腔-激子体系应用于集成量子光学系统。首先介绍了等离激元纳米腔与二维半导体激子的弱、强耦合，总结了二维半导体激子自旋谷光子学的调控和纳米尺度下的耦合作用；然后介绍了纳米腔与单个二维缺陷量子发射体的耦合，展现了该体系研究在未来集成纳米光电子学中的应用潜力；最后，展望了等离激元纳米腔与低维激子体系研究面临的挑战和机遇。

详细研究了两原子腔量子电动力学系统中的双光子吸收现象。在自由空间中，由于存在量子干涉效应，两个不同频率的原子无法被同时激发。但是，在强耦合的腔量子电动力学系统中，原子与腔场间的耦合导致系统中出现新的跃迁通道，从而使双原子激发成为可能。通过数值模拟主方程，详细研究了两原子腔量子电动力学系统的光子激发谱，并与双光子激发谱进行比较，证明了双光子激发的可能性。通过进一步分析光子的二阶关联函数、双原子激发概率，揭示了腔内光子的统计性质和实现双原子激发的物理机制。

强耦合腔量子电动力学(cavity quantum electrodynamics, 简称C-QED)系统主要用于研究受限于空间中的光与物质相互作用的物理现象。该系统为深入认识原子与光子间相互作用的动力学行为提供了有力工具。高精细度法布里-珀罗光学微腔(Fabry-Perot cavity, F-P腔)作为强耦合C-QED系统的核心部分,是实现光与物质间的强耦合、探索极端条件下光与物质间的相互作用、精确操控原子以及灵敏探测相关过程等的基础。简要介绍了高精细度F-P腔及其在强耦合C-QED中的应用,包括研究背景、现状及发展动态,并就未来的发展和应用进行了展望。

基于腔量子电动力学 (QED), 提出了一种利用 Ξ-型三能级原子与单模腔场发生非共振相互作用制备三原子 W 纠缠态的方案。该方案要求三个三能级原子和一个单模腔场, 腔场最初处于真空态, 与腔场作用的第一个和第二个原子最初均处于激发态, 第三个原子处于基态。分析和讨论了该方案的实验可行性以及失谐量 δ 对保真度的影响。研究结果表明: 1) 当原子与腔场之间的相互作用时间不 同时, 获得该纠缠态的保真度以及相应的成功几率不同, 通过选择合适的原子与腔场之间的相互作用时间可以获得具有最大保真度的 W 纠缠态; 2) 在耦合常数不同的情况下, 失谐量 δ 对保真度的影响程度不同。此外, 研究表明该方案可以推广至制备任意分权重的W态。

提出了一种基于V型三能级原子和腔量子电动力学系统的量子纠缠态制备方案。在不同耦合参量条件下,数值分析了任意两腔之间的纠缠演化规律。研究结果表明,当原子以恒定速度通过空腔时,通过改变耦合腔间的耦合参量,可实现对腔间纠缠的控制。利用此方案可同时实现多分量量子纠缠态的产生和控制。

采用Negativity度量两子系统间的纠缠,研究了两个全同二能级原子与腔相互作用系统中的量子纠缠。考虑原子与腔场失谐相互作用,并且原子间存在偶极相互作用的情况。利用数值计算方法,讨论了失谐量和偶极相互作用强度变化对量子纠缠的影响。研究结果表明:随失谐量增大和偶极相互作用强度增大,两原子间纠缠增强。另一方面,随失谐量逐渐增大,两原子间纠缠呈现出从不规则振荡向准周期性振荡转变。随偶极相互作用强度增大,原子间纠缠振荡频率加快。

实现不同的量子信息过程通常需要不同的纠缠态，一个特殊的五粒子纠缠态已被证明可用于量子隐形传态、量子态共享以及量子密集编码等多个量子信息过程。 基于腔量子电动力学，提出此特殊五粒子纠缠态的制备方案。选择原子和腔场处于一定的初始态，让多个原子在腔场中发生相互作用，选择相互作用时间， 通过经典的幺正变换实现将五个原子制备于特殊的纠缠态。整个制备过程中原子和腔场之间没有能量的交换，无需进行任何量子测量， 这使得该方案在实验上更易实现。