이 연구실은 단일 전자 수준에서의 양자 전자 수송과 결맞음 제어를 핵심 주제로 삼아, 전자를 빛처럼 다루는 전자 양자광학(electron quantum optics) 연구를 전개하고 있다. 이는 고전적 전류의 평균적 거동을 넘어, 개별 전자의 파동함수, 위상, 간섭, 충돌, 상관관계를 정밀하게 제어하고 측정하는 분야이다. 특히 그래핀, 양자홀 에지 채널, 양자점, 동적 장벽 등의 나노구조에서 단일 전자 상태를 만들고 조작하는 연구가 중요한 축을 이룬다. 연구실은 레비톤(Leviton) 방출과 결맞음 제어, 전자 간 충돌, 쿨롱 상호작용에 의한 반다발화, 그래핀 간섭계에서의 전자 충돌 등 최전선 주제에서 두드러진 성과를 보여 왔다. 이러한 연구는 단일 전자 파동묶음을 정밀하게 생성하고, 빔 스플리터와 간섭계를 통과시키며, 샷 노이즈와 간섭 가시도를 통해 양자 상태를 복원하는 방향으로 진행된다. 전자의 구별 가능성, 페르미온적 홍-오우-만델 간섭, 아하라노프-봄 위상과 같은 현상은 전자 양자 상태의 미세한 구조를 드러내는 핵심 지표로 사용된다. 이 연구는 궁극적으로 비정지형 양자비트, 즉 이동하는 전자 기반의 flying qubit 구현과 연결된다. 광자 기반 플랫폼이 상호작용이 약하다는 한계를 가지는 반면, 전자 기반 플랫폼은 쿨롱 상호작용을 활용해 조건부 연산과 양자 게이트 가능성을 넓힐 수 있다. 연구실의 양자 전자 수송 연구는 응집물질 실험계에서 고속·고정밀 양자 제어를 구현하는 이론적 토대를 제공하며, 미래 양자정보 소자와 온칩 양자회로 설계에 직접적으로 기여할 수 있는 잠재력을 지닌다.

이 연구실은 응집물질 물리의 대표적 강상관 현상인 콘도 효과를 중심으로, 불순물와 전도전자 사이의 상호작용이 만들어내는 비평범한 양자 다체 상태를 이론적으로 규명하는 연구를 수행한다. 특히 단일 채널 및 다중 채널 콘도 계에서 나타나는 스크리닝, 비페르미 액체 거동, 임계적 양자 상전이, 그리고 이와 연결된 얽힘 구조를 정교하게 분석하는 데 강점을 보인다. 콘도 현상은 단순한 전기전도 변화의 문제가 아니라, 미시적 상호작용이 거시적 물성으로 드러나는 핵심 창구이기 때문에 현대 중시물리의 중요한 주제로 자리 잡고 있다. 연구실의 주요 성과 중 하나는 콘도 스크리닝 클라우드의 관측과 해석이다. 이는 자기 불순물이 주변 전자들과 형성하는 공간적으로 확장된 다체 상태를 의미하며, 오랫동안 이론적으로는 예측되었지만 실험적으로 확인하기 매우 어려운 주제였다. 연구실은 전자 수송, 양자점, 간섭계, 수치 재규격화군, 경계 등각장 이론 등 다양한 이론 도구를 활용하여 콘도 클라우드의 길이 척도와 얽힘 특성을 설명하고, 실험적으로 검출 가능한 물리량과 연결하는 데 기여하였다. 이러한 연구는 양자 얽힘을 응집물질 실험에서 측정 가능한 관측량과 접목했다는 점에서 큰 의의를 가진다. 앞으로 이 주제는 단순한 불순물 문제를 넘어, 강상관 전자계의 보편적 얽힘 구조와 양자정보적 성질을 이해하는 방향으로 확장될 수 있다. 특히 다중 채널 콘도 효과, 전하 콘도 효과, 비평형 수송 환경에서의 얽힘 생성과 소멸, 유한온도에서의 보편 스케일링 등은 차세대 양자물질 연구와도 밀접하게 연결된다. 연구실의 콘도 연구는 중시물리의 근본 문제를 다루는 동시에, 복잡한 다체 상태를 제어하고 읽어내는 양자기술의 이론 기반을 제공한다.

이 연구실은 분수 양자홀 계와 위상적 응집물질에서 나타나는 애니온의 통계성과 브레이딩 현상을 이론적으로 연구한다. 애니온은 2차원 계에서만 가능한 준입자로서, 보손이나 페르미온과 다른 교환 통계를 보이며, 특히 비가환 애니온은 위상 양자컴퓨팅의 핵심 후보로 주목받고 있다. 연구실은 애니온 간섭계, 분할 측정, 샷 노이즈, 위상 간섭 패턴 등을 통해 애니온의 분수 통계와 브레이딩 위상을 검출하는 방법을 제안하고 해석하는 데 집중해 왔다. 대표적으로 희석된 애니온의 분배 과정을 통해 브레이딩 통계를 드러내는 연구는, 위상적 준입자의 통계성을 보다 직접적으로 읽어낼 수 있는 새로운 접근을 제시한다. 연구실은 파브리-페로 간섭계, 양자홀 에지 채널, 노이즈 상관 분석 등 메조스코픽 수송 이론을 기반으로, 단순한 평균 전류 측정만으로는 포착하기 어려운 위상적 정보를 추출하는 전략을 발전시켰다. 이러한 연구는 애니온 브레이딩이 실제 실험 조건에서 어떻게 관측 가능한 신호로 변환되는지 보여주며, 위상 물질과 양자정보 사이의 연결고리를 강화한다. 이 분야의 장기적 의미는 근본 물리와 응용 기술을 동시에 포괄한다는 데 있다. 애니온 통계의 정밀 검증은 양자역학의 입자 개념을 확장하는 기본 과학적 성과이며, 동시에 잡음에 강인한 위상 양자비트 구현 가능성을 뒷받침한다. 연구실의 연구는 애니온의 브레이딩, 위상 진공 버블, 비가환 동역학 등 고난도 이론 주제를 실험과 연결되는 언어로 정리함으로써, 차세대 위상 양자소자와 양자연산 플랫폼의 기반 지식을 축적하고 있다.