对单分子的有效控制和测量是研究分子-光子相互作用的重要研究内容，是从根本上实现量子调控的关键。该方向的发展目标是研究单分子光物理与动力学特性，研究单分子量子操控特性与单光子量子态的制备以及在信息领域中的应用。

    单分子光谱不含任何系综平均，能够产生非常精细的动力学性质的信息。在单分子光谱的研究过程中，已经发现了许多新颖的量子动力学实验现象，如单分子谱线的频移、荧光间断、光子聚束和反聚束现象等。

    通过测量单分子光场的时间分辨计数统计特性和单分子的荧光寿命的波动，分析光诱导激发对单分子光谱频移以及单分子在三重态布居的影响。研究增强光场与单分子的相互作用，实现相干操控强耦合系统中的单分子。进行基于光场与单分子系统的超灵敏光子数测量和亚散粒噪声信号测量，研究单分子动力学特性包括电子转移、量子跳跃和光谱跳跃与扩散等，测量单分子电子相干的统计行为和演化行为。