中国科学院量子光学重点实验室是一个从基础研究出发，把基础研究成果用于空间工程为目标，基础和工程并重的研究机构。实验室主要围绕时频技术、冷原子物理、量子成像三个方向开展研究，先后承担一大批国家重要科研任务，在激光冷却原子技术、量子成像和原子钟研制技术上处于世界前列。 

　　在时频技术研究方面，集中发展超高精度空间冷原子钟、高精度星载原子钟以及喷泉原子钟，主要用于空间基础物理研究，并为下一代导航系统服务。 

　　利用激光冷却原子实现的超高精度空间冷原子钟是实验室开拓的具有国际领先水平的原子钟，实验室首先提出并实现的以积分球冷原子钟为代表的高精度星载原子钟将是最高精度的星载原子钟之一，必将为我国的导航系统做出重要贡献。 

　　通过利用光场的各阶经典及量子关联效应将信息论与传统成像技术相结合，建立以现代信息论和电磁场的相干性理论（经典及量子）为基础的新一代光学成像理论体系，瞄准国家重大战略需求和重大科学前沿，针对若干现有成像技术难以突破的原理性瓶颈问题，发展实用化的量子成像系统，并以此带动量子成像技术的发展。 

　　实验室的目标是在不远的将来建成一个围绕时频、量子成像以及冷原子物理研究和开发的国际领先的实验室。具体的目标分别为主导我国空间时频领域，处于国际领先水平；主导我国空间冷原子物理研究，为空间站进行基础物理研究打下基础；主导我国量子成像研究领域，处于国际领先水平；参与二代导航星载原子钟研究、高精度星载原子钟研究，处于国内领先水平；拓展基础研究，在冷原子物理、光钟等领域有突破性进展。