Quantum Computing & Energy Materials Research

Materials

Quantum algorithms/information for materials science

We are currently developing the "resource-efficient quantum algorithms" and novel data-representation methods for materials science applications. By utilizing both target and residual amplitudes in Grover’s algorithm, our approach encodes multiple data items in a single quantum state and enables 2n-bit information to be represented using n qubits. We are currently extending these quantum information techniques to materials discovery, simulation, and optimization.

(우리 연구실은 재료과학 분야에 적용할 수 있는 자원 효율적인 양자 알고리즘과 양자 데이터 표현 기술을 연구합니다. Grover 알고리즘에서 목표 상태뿐만 아니라 잔여 진폭까지 활용함으로써, 하나의 양자 상태에 여러 데이터를 인코딩하고 n개의 큐비트로 2n비트의 정보를 표현하는 새로운 방법을 개발하였습니다. 이러한 양자정보 기술을 신소재 탐색, 재료 시뮬레이션 및 최적화 문제에 확장·적용하고자 합니다)

Recent quantum computing publications and patent activity (2024–2025)

Our recent work includes resource-efficient quantum data representation using Grover’s algorithm (International Journal of Quantum Information, 2025), reviews of Grover’s quantum search algorithm and trapped-ion quantum computing (New Physics: Sae Mulli, 2024), and a review of quantum computing for nanomaterials, including VQE (2024). Joonho Bae and Jaewon Ji are also named inventors on the Korean patent application “Method for Performing Grover Search Algorithm with Reduced Number of Qubits” (10-2025-0207115). Together, these outputs connect quantum information encoding, algorithm development, hardware perspectives, and materials-science applications.

우리 연구실은 그로버 알고리즘 기반의 자원 효율적 양자 데이터 표현 연구(IJQI, 2025), 그로버 양자 검색 알고리즘과 이온 트랩 양자컴퓨팅에 관한 새물리 리뷰 2편(2024), VQE를 포함한 양자컴퓨팅의 나노소재 응용 리뷰(전기전자재료학회논문지, 2024)를 발표했습니다. 또한 배준호·지재원이 발명자로 참여한 “저큐빗 그로버 검색 알고리즘 수행 방법”을 국내 특허로 출원했습니다(10-2025-0207115). 이들 성과는 양자정보 표현과 알고리즘 개발부터 하드웨어 동향 및 재료과학 응용까지 이어지는 연구를 보여줍니다.

Oral presentation by Prof. Joonho Bae at the 2026 APS March Meeting in Denver, USA.

Metal-organic frameworks (MOFs)

We design metal-organic frameworks and their derivatives to control ion transport, interfacial reactions, and electrode stability in next-generation batteries. Our recent experimental work developed ZIF-67/Mo-MXene-derived selenium hosts that promote polyselenide adsorption and conversion, enabling durable lithium–selenium batteries (Small Methods, 2024). Our reviews examine MOF-derived electrodes for aqueous zinc-ion batteries (Nanomaterials, 2026) and MOF-assisted ion transport and interface design in solid-state electrolytes (Coordination Chemistry Reviews, 2026). Together, these studies connect porous framework design with electrochemical mechanisms to guide the development of stable, high-performance energy-storage materials.

우리 연구실은 차세대 전지의 이온 수송, 계면 반응 및 전극 안정성을 제어하기 위해 금속–유기 골격체(MOF)와 그 유도체를 연구합니다. 최근에는 ZIF-67/Mo-MXene 유래 셀레늄 호스트를 개발하여 폴리셀레나이드의 흡착과 전환을 촉진하고, 리튬–셀레늄 전지의 장기 수명 특성을 구현했습니다(Small Methods, 2024). 또한 수계 아연이온전지용 MOF 유래 전극(Nanomaterials, 2026)과 MOF 기반 고체전해질의 이온 수송 및 계면 설계(Coordination Chemistry Reviews, 2026)에 관한 리뷰를 발표했습니다. 이러한 연구를 통해 다공성 골격 구조와 전기화학적 작동 원리의 관계를 밝히고, 안정성과 성능을 갖춘 에너지 저장 소재의 설계 방향을 제시합니다.