上世纪80年代中期，在彭堃墀院士带领下，山西大学建立量子光学实验室。量子光学与光量子器件国家重点实验室，是在原山西大学量子光学教育部重点实验室的基础上，2001年8月通过国家科技部基础研究司组织的专家论证，2001年10月经国家科技部批准开始建设，并于2002年12月通过国家科技部组织的专家验收。经过30多年的积累和发展，已建立起实验条件处于世界前沿的量子光学实验平台，开展了连续变量量子信息和光与物质相互作用的量子效应的实验研究。同时培养和发展了一支由中科院院士、国家杰出青年基金获得者、长江学者特聘教授、教育部各类计划人才组成的研究队伍，成为国家基金委创新研究群体，是我国量子光学研究和人才培养的重要基地之一。
    实验室现有中科院院士1名、国家杰出青年基金获得者3人、国家海外杰出青年基金获得者1人、长江学者特聘教授3人、长江学者讲座教授2人、国家重大科学研究计划首席科学家2人、教育部优秀青年教师科研奖励计划2人、教育部新(跨)世纪优秀人才支持计划5人、新世纪百千万人才工程国家级人选4人、美国光学学会OSA Fellow 2人、山西省百人计划学者3人，学术团队2004年被评为山西省优秀创新团队、2005年被评为教育部创新团队，2008年被评为国家创新研究群体，2011年研究群体得到国家自然科学基金委创新研究群体二期延续资助。
    实验室长期从事三个方向研究工作：量子光学基础和应用、光与原子相互作用、以及全固态激光技术和光量子器件。随着研究工作的推进，每个研究方向都取得了一批具有特色的优秀研究成果。1）实验获得明亮EPR纠缠光束，并利用明亮EPR光束先后完成了连续变量量子密集编码、三组份纠缠连续变量的可控密集编码、连续变量无条件量子纠缠交换、连续变量四组份Cluster态及GHZ态等实验，此系列创新工作获2006年度国家自然科学二等奖，并将在国家科技发展、经济建设、国防建设中起到重要的作用。2）以非经典光场和冷原子的研究工作为基础，在腔量子电动力学、单原子控制、超冷原子包括BEC和费米气体量子新物态、原子相干效应等光与物质相互作用方面取得多项重要进展，为探索量子态制备、存储与操控的新方法，发展和完善实用化量子信息处理系统奠定基础。3）在进行基础研究的同时，实验室加强科学仪器设备的自主创新，将部分研究成果转化为高科技产品，“全固化单模单频绿光激光器”获2002年度国家技术发明二等奖，推动了基础科学研究的发展。研究所在太原国家级高新技术开发区支持下建立了基础研究成果向高新技术产品转化的研发基地。已研制出高功率连续单频绿光激光器等十余种系列高性能全固态激光器及其配套的光电子设备、产品，获得国内外用户的广泛好评。2012年10w及15w绿光单频激光器已定型生产，其指标达到国际同类产品的最好指标。研制的“连续变量量子纠缠光源”，样机已被南京大学购买并投入使用，目前国际上还没有同类产品。这一方面完成实验室激光光源的更新换代，同时也为其他科学研究机构提供优质光源，提高了团队在国内外的知名度。迄今为止，全固态激光器以及高压放大器等配套电子产品已经提供给上海光机所、中科院物理研究所、哈尔滨工业大学等国内外有关研究机构和高等院校作为高质量激光光源，推动了相关工作的发展，产生经济效益1000多万元。促进了山西省光电子产业的发展。
    近三年，实验室共承担科研任务100余项，其中国家级任务占总经费的90%以上。作为首席科学家承担2项国家重大科学研究计划项目，承担国家重大科学研究计划课题10项，国家“863”计划课题3项，国家自然科学基金创新研究群体科学基金1项，国家自然科学基金重点项目3项，国家自然科学杰出青年基金3项，国家自然科学基金科学仪器基础研究专款2项。实验室科研成果获得山西省自然科学一等奖2项，山西省技术发明一等奖2项，山西省自然科学二等奖2项。在各级学术刊物上发表学术论文290余篇，SCI收录论文200余篇。2013年Nature系列刊物2篇，Phys. Rev. Lett.8篇等。单篇论文的SCI他引次数最高达61次，10篇代表性论文的SCI他引次数达192次。获国家发明专利授权24项。
    实验室在发展中重视学术交流，在国际上先后与美国、法国、德国、日本、澳大利亚等国家的著名量子光学实验室建立了长期稳定的具有实质性的学术交流和学术互访关系，近年来有国内外知名专家学者200余人次来实验室交流访问，主办了“第五届亚太量子信息国际会议”、“原子与光子的量子操控国际研讨会”、“中以玻色-爱因斯坦凝聚及超冷气体中的相关物理现象会议”等学术活动，交流学习的同时提高了国际影响力。