이 연구 주제는 빛, 열, 전자기장과 같은 외부 에너지를 나노미터 스케일에서 효율적으로 변환하고 전달하는 현상을 이해하는 데 초점을 둔다. 특히 연구실은 플라즈모닉 나노입자가 광에너지를 흡수한 뒤 국소적인 열장, 나노버블, 추진력으로 전환되는 과정을 분석하며, 이를 통해 액체 환경에서 초고속으로 이동하는 나노스위머의 작동 원리를 규명하고자 한다. 이러한 연구는 단순한 기초 물리 탐구를 넘어, 나노소자 구동과 미세환경 제어를 위한 새로운 에너지 활용 방식으로 연결된다는 점에서 의미가 크다. 구체적으로는 광-열 에너지 변환, 플라즈모닉 공명, 나노입자 주변 유체역학, 수퍼캐비티 형성, 탄도 운동 메커니즘 등을 통합적으로 다룬다. 빛으로 구동되는 나노입자의 속도, 방향성, 안정성, 주변 매질과의 상호작용을 정량적으로 해석함으로써, 기존 미세유체 기반 능동 입자 시스템보다 더 빠르고 정밀한 제어가 가능한 플랫폼을 구축하려는 시도가 이루어진다. 이는 광학적 자극에 반응하는 능동 나노시스템 설계와도 밀접하게 연결된다. 향후 이 연구는 표적 물질 전달, 미세유체 혼합, 나노공정, 환경 감지 및 바이오응용 등 다양한 분야로 확장될 수 있다. 특히 빛만으로 비접촉 구동이 가능하다는 점은 청정 공정과 고집적 시스템에 유리하며, 나노입자의 집단 거동을 제어하는 기술로 발전할 가능성도 높다. 결과적으로 본 연구는 나노스케일에서 에너지와 운동이 어떻게 연결되는지를 밝히고, 이를 실질적인 기능성 나노시스템으로 구현하는 기반을 제공한다.

이 연구 주제는 기존 고전 계산이 다루기 어려운 고차원·강상관계 문제를 해결하기 위해 양자컴퓨팅을 에너지 소재와 포토닉스 구조 설계에 접목하는 데 중점을 둔다. 고성능 에너지 소재, 기능성 광학필름, 복잡한 포토닉스 구조는 설계 변수의 수가 많고 상호작용이 비선형적이어서 전통적인 수치해석이나 최적화 기법만으로는 한계가 있다. 연구실은 이러한 병목을 극복하기 위해 양자 상태의 중첩과 얽힘을 활용하는 계산 프레임워크를 탐구하고 있다. 세부적으로는 양자컴퓨팅과 고전 컴퓨팅을 결합한 하이브리드 접근법, 양자어닐링 기반 이진 최적화, 포토닉스 구조의 성능 탐색, 에너지 소재의 계산적 설계 가능성 평가 등이 핵심 요소이다. 특히 광학필름이나 메타구조처럼 설계 공간이 매우 넓은 시스템에서, 양자 알고리즘이 탐색 효율과 최적해 발견 가능성을 높일 수 있는지 검증하는 것이 중요한 연구 축이다. 이는 단순히 양자컴퓨터를 적용하는 데 그치지 않고, 실제 공학 문제에 적합한 문제 표현과 알고리즘 구조를 만드는 연구를 포함한다. 장기적으로 이 연구는 차세대 에너지 소재 개발의 시간과 비용을 줄이고, 고기능성 광학 소자의 설계 자동화를 앞당길 수 있다. 또한 양자 우월성이 실제 재료·소자 설계에 어느 수준까지 기여할 수 있는지를 실증하는 데에도 의미가 있다. 본 연구는 양자정보과학과 전자·광학 재료공학의 융합 지점을 개척하며, 미래형 계산 기반 설계 패러다임을 제시하는 역할을 한다.

이 연구 주제는 고주파 전자기파의 전파와 산란을 빠르고 정확하게 예측하기 위해 인공지능과 물리 기반 모델링을 결합하는 데 초점을 둔다. 차세대 통신, 특히 6G 대역에서는 복잡한 매질과 다양한 구조물 내부에서 전자기파 거동을 실시간에 가깝게 분석해야 하므로, 기존 FDTD와 같은 수치해석만으로는 계산 비용이 급격히 증가한다. 연구실은 이러한 한계를 줄이기 위해 물리 정보를 내재화한 딥러닝 기반 연산자 학습 모델을 활용한다. 구체적으로는 Physics-informed DeepONet과 같은 모델을 이용해 시간영역 전자기파 전파를 학습하고, 소스 위치나 매질 구성이 달라져도 일반화 가능한 해석기를 개발한다. 또한 24~300 GHz의 6G 대역을 겨냥하여, 고효율·광대역·지향성 제어가 가능한 디지털 초차원 표면 및 메타표면의 구조 최적화 연구도 수행한다. 이 과정에서 능동학습, 인공신경망, 이진 최적화, 양자어닐링 등 다양한 계산 기법이 결합되며, 설계 공간을 빠르게 탐색하는 것이 핵심이다. 이 연구의 파급효과는 매우 넓다. 전자기파 해석의 속도 향상은 차세대 통신 소자, 안테나, 레이다, 센서 개발을 가속화할 수 있으며, 메타표면 설계 기술은 초정밀 빔 제어와 공간 채널 최적화에 기여할 수 있다. 결과적으로 본 연구는 물리전자, AI, 통신공학을 연결하여 미래 지능형 전자파 시스템의 설계 자동화와 고성능화를 실현하는 방향으로 발전하고 있다.