强关联多体系统是凝聚态物理中重要的研究对象之一,由于在实验上很难获得该系统的微观性质,人们提出了人工构建的量子多体系统来模拟凝聚态物理中的相关问题,并且在实验上也取得了重要的突破,例如,约瑟夫森结和利用光晶格束缚冷原子实验,但其对于量子现象的观测仍然存在一定的局限,主要由于实验模型较小的格点距离和较短的相干时间等。因此,人们选用耦合腔阵列来研究量子多体现象,大量的工作聚焦在利用耦合腔阵列来模拟量子相变,即利用量子激发数的涨落来刻画系统的莫特绝缘相和超流相之间的转变。利用耦合腔阵列模型,先前的工作已经在强相互作用、Bose-Hubbard模型、量子相变和基态纠缠等方面取得了重要的成果,本文首先研究了一个光腔中原子集体激发和光场纠缠的问题,又利用耦合腔阵列,研究了增益的Kerr非线性的Bose-Hubbard模型,以及量子相变、基态纠缠和基态discord之间的关系。本文主要分为四部分,其中第三章到第六章是我们的主要研究工作,具体的安排如下本文的第一部分由第一章和第二章构成,首先介绍了量子光学的诞生和发展,并回顾了腔QED和耦合腔列的理论和实验的研究进展。然后介绍了量子相变和量子纠缠的概念和关系。根据本文研究工作的需要,我们利用两个具有代表性的工作来介绍本文的工作前沿,然后介绍了polariton、绝热剔除有效哈密顿理论、三种量子纠缠的度量以及量子discord概念和原理第二部分由第三章构成,在研究耦合腔阵列系统之前,我们先研究了单个光腔的情况,利用双模光腔中置放N个双人型原子,研究系统的集体激发和强相互作用,并研究了暗态polariton对双模光场的频率转换和纠缠的影响。第三部分由第四章构成,主要研究耦合腔阵列系统,每个腔中包含N个四能级原子,在有效的参数区域内利用绝热剔除可以得到有效Bose-Hubbard哈密顿,根据第二章中介绍的前人的工作,我们考虑原子的第二个能级具有失谐的情况,并发现通过调整失谐量可以增强Kerr非线性,最后讨论了该系统莫特绝缘到超流的量子相变过程。第四部分包括第五章和第六章,主要研究的是两腔耦合系统,第五章研究的是单个腔中两个二能级原子的纠缠与系统量子相变的关系；第六章研究每个腔中包含一个二能级原子,与前人的工作不同,他们用五种两体纠缠区分出系统的四种基态区域,我们仅仅利用不同腔中的两个原子的discord就区分除了三个区域。论文的最后,给出了全文的总结与展望。