Diese Arbeit behandelt die Physik der Resonatorquantenelektrodynamik im sogenannten ultrastarken Kopplungsregime, in dem die Kopplungsstärke zwischen einem einzelnen Photon und einem einzelnen Dipol mit der inneren Energie des Photons vergleichbar wird. In diesem Regime verlieren die meisten der gewöhnlich verwendeten theoretischen Modelle sowie auch unsere physikalische Intuition ihre Gültigkeit und es Bedarf einer neuen Art der Beschreibung.In dieser Arbeit wird zuerst die Theorie der Resonatorquantenelektrodynamik nochmals von Grund auf neu abgeleitet, um ein minimales Modell zu bekommen, welches auch im ultrastarken Kopplungsregime seine Gültigkeit behält. Dazu wurden viele der gewöhnlichen Näherungen im Detail überprüft und gezeigt, dass zum Beispiel die Gültigkeit der Einzel-Moden Approximation für den Resonator und die Zwei-Niveau Approximation für die Dipole im ultrastarken Kopplungsregime von der Eichung abhängen. Nur durch die Wahl der richtigen Eichung erhält man dann eine gültiges Modell für beliebige Kopplungsstärken.Basierend auf diesem vereinfachten Model werden in dieser Dissertation dann die Eigenschaften des Grundzustands und der thermischen Zustände eines Multi-Dipol-Resonator-QED-Systems untersucht. Dabei ergeben sich als Funktion der Licht-Materie Kopplungstärke qualitative sehr unterschiedliche Phasen. Für diese Phasen findet man auch sehr unterschiedliche thermodynamische Eigenschaften, welche in einem Experiment durch die Messung der Schwarzkörperstrahlung oder der Suszeptibilität der Dipole bestimmt werden können.Im letzten Teil der Arbeit diskutieren wir die quantentheoretische Beschreibung der Licht-Materie-Wechselwirkungen in photonischen Strukturen, in denen die Photonen durch ein synthetisches Magnetfeld beeinflusst werden. Es wird gezeigt, dass ein schwach gekoppelter Quantenemitter mit einem einzelnen zirkulierenden Photon einen chiralen gebundenen Zustand bilden kann. Darüber hinaus wird eine effektive Theorie entwickelt, um solche chiralen Atom-Photon Hybridzustände auch für Systeme mit mehreren Atomen und mehreren Photonen zu beschreiben. Diese Analyse zeigt, dass ein solches System eine vielversprechende Plattform darstellt, um die Physik des fraktionalen Quanten-Hall-Effekts zu simulieren., In this thesis we explore the physics of cavity quantum electrodynamics in the so-called ultrastrong coupling regime, where the coupling strength between a single photon and a single dipole is comparable to the internal energy of the photon itself. Under such conditions most of the frequentlyemployed theoretical models ceased to be valid and a lot of our common intuition about light-matter interactions breaks down. In this thesis we reconsider the theory of cavity QED by starting from the quantization of the electromagnetic field and then carefully deriving a simplified minimal model, reevaluating the validity of all the approximations involved. We show that the usual single-mode approximation for the cavity and the two-level truncation for the dipoles become highly non-trivial in the ultra-strong coupling regime and depend, for example, on the chosen gauge of the original full QED Lagrangian. By clarifying these subtleties, we obtain a consistent model for a set of two-level dipoles that are coupled to a single field mode, which is valid for arbitrary coupling strength. Based on this simplified model, we then calculate the main properties of the ground state of a multi-dipole cavity QED system. Here we highlight the presence of different phases related to different quantum phase transitions as a function of the microscopic parameters. We then evaluate also the thermal equilibrium states of cavity QED. Here we calculate several thermodynamic quantities, highlighting their observability in realistic experiments through quantities like the black-body radiation or the dipole’s electric susceptibility. In the last part of the thesis we discuss the quantum theory of light-matter interactions in photonic structures where the photon is subjected to a synthetic magnetic field. Here we show that a weakly coupled quantum emitter can form a chiral bound state with a single circulating photon. We develop an effective theory to describe such chiral atom-photon bound states also for systems with multiple atoms and multiple photons and show that such a system can be a promising platform to simulate the physics of fractional quantum Hall effect.