光子作为信息载体在量子信息处理和量子通讯中扮演着重要的角色。光子阻塞,光学双稳/多稳性等非线性效应使得量子信息处理和量子通信的应用中实现对光子更为有效的操控。此外,量子纠缠和量子相干是量子信息处理的重要的物理资源,可以说所有的量子信息处理任务都需要量子纠缠或量子相干。因此,怎样找到一个合理的物理系统来有效地实现这些特性就成为一个至关重要的研究课题。同其它物理系统相比,腔QED(Quantum electrodynamics,QED)系统和腔光力学系统由于在一些方面的优势非常明显,受到了人们越来越多的关注。本论文研究内容分为两方面:一方面讨论了腔QED系统中光子统计和量子纠缠及量子相干的对应关系,另一方面也研究了原子的质心运动对光子统计的影响和腔光力系统中的光子的完美吸收及光学多稳性。本论文共分为七章。其中第三章到第六章为我们的主要工作。第七章给出全文的总结与展望。第一章简要介绍了本文的相关研究背景,概述了量子信息学和量子光学的发展,并简单介绍了非线性光学效应以及腔QED系统和腔光力系统。第二章,我们简单介绍了本文中涉及到的基本知识和概念,包括量子比特和量子态,相干函数,量子纠缠度量,量子主方程,朗之万方程以及输出-输入关系。第三章,我们研究了腔QED系统中光子统计和原子纠缠之间的对应关系。光子的统计性质反应了电磁场量子化的本质特性。光子聚束和反聚束分别对应着电磁场的经典特性和量子特性,但是并没有直接的证据来说明这些特性和原子纠缠存在必然的联系。我们发现光子统计的极值点受制于光子共振过程与纠缠的局域极大值点很好的吻合。作为量子特性的原子纠缠不但与光子的量子性-光子的反聚束效应取得很好的对应,而且还与光子的经典特性-光子的聚束效应对应起来。另外我们发现在最大聚束点由于暗态过程,所对应的纠缠值为零,同时我们也研究了环境的热噪声和纯退相对对应关系的影响。第四章,我们首先展示了在一个弱驱动的耦合二能级原子的腔QED系统中系统参数对腔场的二阶关联函数和原子的相干性的影响。另外我们通过解析和数值方法研究了光子阻塞和原子相干性存在的对应关系。我们发现了原子的最大相干性同光场的最佳光子阻塞的完美对应关系。第五章,我们研究了原子的质心运动对光子统计的影响。当原子-光子-声子共振相互作用时,在一定的驱动频率处会发生光子聚束和反聚束。我们的研究结果提供了一种利用质心运动优势研究光子统计的尝试方案。第六章,我们讨论了原子-光力混合系统中,原子系综在低激发近似和非低激发近似这两种情况下光子的完美吸收问题。我们发现光子完美吸收的发生伴随着光子双稳性和多稳性的存在,非低激发情况会比低级激发情况额外产生一个完美吸收点,腔场的光学非线性也会随之增强。此外,数值模拟中所采用的参数都是符合实验要求的,可以在现有的实验技术下实现。最后,我们给出了本文的总结并对未来的工作提出了展望。