本文主要研究包含原子偶极-偶极相互作用量子系统的动力学及其在量子信息处理中的应用。我们在第一章中首先对原子间的偶极-偶极相互作用机制和分类作详细介绍;然后对论文研究内容所涉及的腔量子电动力学系统(腔QED)和里德堡原子系统作简单介绍。由于量子系统与环境耦合将产生退相干过程,研究过程中需要利用量子主方程或量子跳跃方法描述系统的耗散动力学,因此该重要的理论工具也在本章中介绍。最后,我们介绍了绝热过程的基本理论,这将被用于基于里德堡原子系统的量子逻辑门构建。论文的第二章中主要利用量子跳跃方法讨论囚禁在光学腔中的两个原子之间的偶极-偶极相互作用对系统量子动力学及其光子统计的影响。在腔QED系统中,标准的Jaynes-Cummings模型(JC模型)描述的是一个两能级原子与一个单模量子化腔场的相互作用。原子-腔的强耦合相互作用将产生非简谐的本征态JC能级阶梯,引发光子阻塞,从而导致非经典透射光场的出现。这里,我们将两原子囚禁在一个高精细的光学腔,利用激光驱动该腔QED系统研究原子之间的偶极-偶极相互作用与透射光场中双光子二阶相关函数的变化关系,并考虑两个原子的集体辐射效应对腔内光场强度的影响。原子间的这种相互作用可以调控光子统计在群聚和反群聚之间转换,这在量子信息处理和量子通信中将可能有重要应用。第三章,我们提出利用绝热演化和激光相位控制来实现两个偶极相互作用原子比特的量子相位门方案。第一个相位门方案主要基于系统在绝热过程的循环演化中所获得的几何相位。但是,这个几何相位不是因为受激拉曼激光脉冲相位差的变化引起的,而是由拉比频率相位本身的演化导致。第二种方案与标准的动力学和几何相位门完全不同,比特系统由于在暗态空间中演化没有获取任何动力学相位移动,系统哈密顿的参数也不需要作循环演化来获得所需的立体角。因此,条件相位既不是源于动力学演化,也不是源于几何操纵。这个相位是由本征暗态在激光相位控制下自身的绝热演化产生的。与几何相位门相比,这种方案的参数不需要扫过必需的立体角,因此过程更简单,且可避免绝热相位控制中的误差,这为利用里德堡阻塞效应实现量子计算提供了一种有效的新方法。