양자동역학 연구를 위한 실험 도구로 극초고속 시간 분해능과 더불어 분자의 구조와 관련된 정보를 제공하는 2-차원 전자 분광법, 시간분해 라만, 2-차원 진동 분광법, 핵파속 분해(wave-packet-resolved) 시분해 형광, 화학작용(actinic)-펌프 펨토초 유도 라만 산란 등을 높은 시간 분해능과 광대역 주파수 방식으로 개발할 것이며, 펨토초 X-선을 이용한 시간분해 X-선 산란/회절 테크닉도 개발하여 시간에 따른 결맞음과 구조 변화를 직접 측정한다. 양자동역학 이론 연구 도구로 원뿔형 교차점을 포함한 퍼텐셜 전 구간에서 안정적으로 들뜬 상태를 계산할 수 있는 양자화학 전자 구조 이론, 빠른 분자동역학 시뮬레이션을 위한 퍼텐셜, 비단열 분자 동역학(nonadiabatic molecular dynamics) 시뮬레이션 방법론, 비단열 커플링과 다중 전자 상태 사이의 양자 결맞음 계산법, 레이저 전기장과 물질의 상호작용을 양자역학적으로 기술하는 이론 등을 개발한다. 개발된 실험적 이론적 기법을 고립된 유기 분자시스템에 적용하여 양자동역학 연구 방법론을 발전시키고 분자 양자동역학의 기초를 다진다. 나아가 유기 분자에서 양자동역학에 기반을 둔 화학 과정의 논리적 제어를 연구한다. 나노시스템과 바이오시스템의 구조, 형태, 조성, 화학적 변이 등을 통한 양자 상태의 조절을 통하여 거대 화학 시스템의 양자결맞음과 결맞음에 영향을 주는 요소의 상관관계를 밝힐 수 있는 연구 기법을 개발하여, 나노구조체 및 바이오포토 시스템의 양자동역학 이해와 응용을 추구한다. 이로부터 기능이 강화된 나노시스템, 효율적으로 발광하는 유기 형광 소재, 높은 광효율을 지니는 인공광합성 시스템, 높은 형광 효율과 수명을 가지는 형광단백질 등의 개발을 추구한다.