양자역학의 중첩(SUPERPOSITION)과 얽힘(ENTANGLEMENT)를 이용하면 고전정보의 기본단위(bit)인 0 또는 1가 아닌 0과 1의 양자중첩상태 (QUBIT) 로 기술할 수 있고, 이를 이용하여 양자컴퓨팅이나 양자시뮬레이션 고리고 양자암호와 같이 고전적으로는 불가능한 전산, 통신프로토콜을 가능하게 할 수 있습니다. QUANTUM OPTICS & QUANTUM INFORMATION 연구실에서는 빛의 기본 단위인 광자를 이용하여 양자얽힘상태, 양자이미징, 양자정보와 같은 연구를 진행하고 있습니다.

빛이 나노스캐일의 구조물 안에서는 양자적 / 비선형적 상호작용을 일으켜 기존에 볼 수 없었던 새로운 물리적 현상을 일으킵니다. QUANTUM NANO-PHOTONICS 연구실에서는 직접 나노공정을 통애 초소형 나노 광소자를 디자인 및 제작하여 양자광자쌍을 생성하고 고 상태를 조작할 수 있는 양자 광집적회로를 개발하여 양자암호통신 등에 활용하려 합니다. 또한 나노광소자에서 발생하는 다양한 비선형 현상(브릴루앙산란, 라만산란, OPTOMECHANICS 등)에 대한 연구도 진행하고 있습니다.

양자정보과학(Quantum Information Science)은 양자역학의 기본 원리부터 양자컴퓨팅, 양자통신, 양자센싱 등 다양한 응용 기술을 포괄하는 학문입니다. 양자정보이론(Quantum Information Theory) 연구실에서는 얽힘, 비국소성, 양자 측정 등 양자의 근본 원리를 탐구하고, 양자컴퓨팅과 알고리즘, 양자오류완화 및 오류정정, 양자전송과 양자 네트워크 등 다양한 양자정보 응용 이론을 연구합니다.

양자 시뮬레이터 및 양자 컴퓨터와 같이 고전적 기술의 한계를 뛰어넘는 새로운 양자 기술의 개발을 위해서는, 결맞음 성질 (coherence)이 우수하고 고도로 제어 가능 한 양자 다체계의 생성이 핵심적입니다. 우리 극저온 양자기체 연구실은 초고진공 환경에서 나노 켈빈 (nano-Kelvin)의 온도까지 냉각된 원자 및 분자 기체를 생성해 물리학의 여러 난제들에 대한 양자 시뮬레이션을 수행할 뿐만 아니라 큐빗 수의 확장이 용이한 새로운 분자 기반의 양자컴퓨팅 플랫폼을 개발하는 것을 목표로 힙니다.

고체 (양자) 물질을 구성하는 요소들, 즉 전하, 스핀, 오비탈, 격자 구조, 그리고 위상 상태 간의 상호작용과 그로 인한 초고속 현상들을 탐구하고 물질의 기능적 특성을 초고속/초정밀하게 제어합니다. 다양한 자유도 간의 상호작용을 연구하기 위해 펨토초 광 펄스 (THz 에서 X선 범위까지) 시간 분해 기술을 개발, 사용합니다. 연구의 초점은 강한 상관 관계가 있는 전자 시스템, 위상 물질, 유기 반도체를 포함하며, 이들의 물성을 강한 장 광펄스를 개발, 활용하여 초고속으로 제어함으로 새로운 물질상 및 기능을 연구합니다.

빛의 회절한계를 극복하는 초고속 (<100 fs) 초분해 (<10 nm) 현미경과 분광법을 개발하여 기존 시간 및 공간분해능 한계로 관찰하지 못하던 새로운 물리적 현상을 규명합니다. 장비 개발 측면에서는 기존 근접장 현미경의 패러다임을 바꾸는 새로운 optical instrumentation을 추구하며, 특성 규명 측면에서는 주로 저차원 양자물질의 나노스케일 영역에서 새로이 발현하는 물리적 특성, 물질 속에 존재하는 다양한 준입자의 거동 등을 규명합니다. 또한, 빛과 물질의 강한 상호작용에서 생성되는 새로운 종류의 준입자의 양자광학적 특성을 탐구합니다.