量子场和电磁场的耦合建模和计算是纳米电子、纳米光子、纳米生物传感器、强电磁场（如激光、表面等离子体等）和原子分子等物质相互作用等研究中亟待解决的基本问题。一个复杂的微纳米系统往往是一些分子、纳米尺度的器件嵌入到更大尺度的器件中。虽然麦克斯韦方程组能描述从宏观到微观的各种电磁现象，但是在原子分子和几个纳米尺度上，量子效应也是非常重要而不可忽略的，必须把量子效应考虑到电磁模拟中。