腔量子电动力学（Cavity QED）主要研究微腔中原子和光子之间的强耦合现象,近些年成为了原子分子物理学和光学中一个重要的分支。作为腔量子电动力学的一种,电路量子电动力学系统可以实现共面波导谐振腔和超导量子比特、混合量子系统的强耦合,甚至超强耦合。特别是超强耦合在基于原子的CQED系统还没有实现。因此,在电路量子力学中实现超强耦合可以揭示全新物理现象。另外,电路量子电动力学系统还有可调性强,可以与多种混合量子体系耦合的优点。这种优点对未来的量子技术有着重要的意义,因为它取长补短,利用了不同量子体系的优势。本文主要研究两类电路量子电动力学系统,一类是共面波导谐振腔和超导磁通量子比特形成的超强耦合系统,另一类是共面波导谐振腔和金刚石中的缺陷自旋系综形成的强耦合系统。我们使用这两种系统展示了一些新奇的物理效应。超强耦合样品包括一个四结磁通量子比特和一个多模共面波导谐振腔。我们通过传输谱测量和数值模拟确认了该样品达到了超强耦合区域。在量子比特频谱的测试中,通过不断增加腔内光子数,我们看到了磁通量子比特的频率移动。这种频率移动不仅包括了 Rabi模型中旋波项的贡献,还包括的反旋波项的贡献,并且实验和我们的理论符合得很好。对于金刚石P1色心系综和共面波导谐振腔组成的强耦合系统,通过增加驱动信号,我们观测到了热力学极限下的量子临界行为。主要方式是通过测量传输谱,找出了系统的Rabi劈裂和系综占据数的对应关系。我们发现,系统的耗散在这种临界行为中起着重要的作用。通过求解系统稳态方程,发现这种临界行为可以很好地被稳态方程描述。另外,我们注意到临界系数和理想情况的临界系数一致,证明了这种现象的普适性。最后,我们从理论上研究了偏置TC模型中的耗散量子相变,和之前的研究不同,我们考虑系统中的谐振腔为增益型谐振腔。在弱驱动极限下,量子相变可以在耗散、增益都存在的情况下出现。由于腔的增益,即使对于有限的驱动强度,量子相变行为也与耗散型腔不同。最后,我们提出了实现这个模型的方案,即NV色心系综和二氧化硅掺杂的光学微腔系统。并证明了这个系统也可以通过传输谱来测量量子相变行为。