לאור המתפשט בחלל הריק יש אנרגיה ותנע המכומתים לפי מספר שלם של חלקיקים הידועים בשם פוטונים. האופטיקה הקוונטית בוחנת את הטבע והתופעות של האור כפוטוניםמקוונטטים. ההתפתחות העיקרית הראשונה שהובילה להבנה זו היה המודל הנכון של ספקטרום הקרינה של גוף שחור על ידי מקס פלאנק בשנת 1899 תחת ההשערה שהאור נפלט ביחידות בדידות של אנרגיה. גילוי האפקט הפוטואלקטרי הפיק עדות נוספת לקוונטיזציה זו, כפי שהוסבר על ידי איינשטיין במאמר משנת 1905, תגלית שעבורה הוענק לו פרס נובל ב -1921. נילס בוהר הראה כי ההנחה שקרינה אופטית היא מקוונטטת תואמת את התאוריה שלו על רמות האנרגיה המקוונטטות של האטומים, ואת ספקטרום הפליטה מאטום המימן בפרט. ההבנה של יחסי הגומלין בין האור והחומר בעקבות ההתפתחויות הללו הייתה הכרחית להתפתחות מכניקת הקוונטים בכללותה. עם זאת, תתי-התחומים של מכניקת הקוונטים העוסקים באינטראקציה של חומר-אור נחשבו בעיקר כמחקר על חומר ולא על אור ולכן דובר על פיזיקה אטומית ואלקטרוניקה קוונטית בשנת 1960. מדע הלייזר - כלומר, מחקר על עקרונות, תכנון ויישום של מכשירים אלה - הפך לתחום חשוב, ומכניקת הקוונטים העומדת ביסוד עקרונות הלייזר נחקרה כעת עם דגש רב יותר על תכונות האור, והשם אופטיקה קוונטית נעשה מקובל.
כאשר מדע הלייזר נזקק ליסודות תאורטיים טובים, וגם בגלל שהמחקר בתחום זה הניב פירות רבים, העניין באופטיקה קוונטית עלה. בעקבות עבודתו של דיראק בתורת השדות הקוונטית, הפיזיקאים ג'ורג' סודרשאן, רוי גלאובר, ולאונרד מנדל החלו להשתמש בתורת הקוונטים למחקר בנושא השדה האלקטרומגנטי בשנות ה-50 ו ה-60 כדי לקבל הבנה מפורטת יותר של גילוי אור ואת הסטטיסטיקה של האור (דרגת הקוהרנטיות). זה הוביל להצגת המצב קוהרנטי כמושג אשר מטפל בשוני בין אור לייזר, אור תרמי, מצב קוהרנטי מכווץ, וכו' כפי שהובן כי אור לא ניתן לתאר באופן מלא רק בהתייחסות לשדות אלקטרומגנטיים המתארים את הגלים בתמונה הקלאסית. בשנת 1977, ג'ף קימבל הדגים אטום יחיד הפולט פוטון אחד בכל פעם, עוד ראיה משכנעת כי האור מורכב מפוטונים. מצבים קוונטיים לא ידועים קודמים עם מאפיינים שלא כמו מצבים קלאסיים, כגון אור מכווץ התגלו לאחר מכן.
פיתוח של פולסים קצרים ואולטרה-קצרים בלייזר, שנוצרו על ידי טכניקות כמו Q-Switch ונעילת אופנים, פותחים את הדרך ללימוד מה שנודע כ"תהליכים אולטרא מהירים". יישומים למחקר מצב מוצק (למשל ספקטרוסקופיית רמאן) נמצאו, וכוחותמכניים של האור על החומר נחקרו. מחקר זה הוביל להדגמת ריחוף ומיצוב עננים של אטומים או אפילו דגימות ביולוגיות קטנות בתוך מלקחיים אופטיים או מלכודת אופטית על ידי קרן לייזר. זה, יחד עם קירור דופלר, הייתה הטכנולוגיה החיונית לצורך השגת עיבוי בוז-איינשטיין המפורסם.
כל חלקיק נושא קוונטום אחד של אנרגיה, שווה ל- hf, כאשר h הוא קבוע פלאנק ו- f הוא תדירות האור. אנרגיה זו של פוטון יחיד מתאימה בדיוק למעבר בין רמות אנרגיה נפרדות באטום (או מערכת אחרת) שפלטו את הפוטון; בליעה של הפוטון בחומר היא התהליך ההפוך. ההסבר של איינשטיין לפליטה ספונטנית גם ניבא את קיומה של פליטה מאולצת, העיקרון שעליו מבוסס הלייזר. עם זאת, ההמצאה בפועל של המייזר (ולייזר) שנים רבות לאחר מכן היה תלוי בשיטה להפקת היפוך אוכלוסייה.
מצב שכיח של שדה האור הוא מצב קוהרנטי, כפי שהציג ג'ורג' סודרשאן בשנת 1960. מצב זה, אשר ניתן להשתמש בו כדי לתאר את התפוקה של לייזר בתדר יחיד גם מעל סף הלייזר, מציג פואסוניאן של מספר הפוטונים. באמצעות אינטראקציות לא ליניאריות מסוימות, מצב קוהרנטי יכול להפוך למצב קוהרנטי מכווץ, על ידי הפעלת אופרטור כיווץ אשר יכול להציג נתונים פוטוניים בהתפלגות סופר פואסונית. אור כזה נקרא אור מכווץ. היבטים קוונטיים חשובים אחרים קשורים לקורלציות של הסטטיסטיקה הפוטונית בין אלומות שונות. לדוגמה, המרה פרמטרית ספונטנית למטה יכולה ליצור מה שנקרא "אלומות תאומות", כאשר (אידיאלית) כל פוטון של אלומה אחת שזור עם פוטון באלומה אחרת.
אלקטרוניקה קוונטית הוא מונח ששימש בעיקר בין שנות החמישים והשבעים כדי לציין את תחום הפיזיקה שעוסק בהשפעות מכניקת הקוונטים על התנהגות האלקטרונים בחומר, יחד עם האינטראקציה שלהם עם פוטונים. כיום, הוא נחשב לעיתים נדירות לתחום משנה בפני עצמו, והוא נספג בתחומים אחרים. פיזיקה של מצב מוצק לוקחת בחשבון את מכניקת הקוונטים, והיא עוסקת בדרך כלל באלקטרונים. יישומים ספציפיים של מכניקת הקוונטים באלקטרוניקה נחקרת בתוך פיזיקה של מוליכים למחצה. המונח גם הקיף את התהליכים הבסיסיים של פעולת הלייזר, שנלמד כיום כנושא באופטיקה קוונטית. השימוש במונח חפף עבודה מוקדמת על אפקט הול הקוונטי ואוטומציה סלולרית קוונטית.
