연구실

▶ 지능형 파동 시스템 연구실은 2020년 9월 개설되었으며, 현재 광자 인공지능(Photonic Artificial Intelligence: Photonic AI)의 개발을 중·장기 목표로 하고 있습니다. 해당 연구 목표의 밑바탕으로서 (i) 두뇌와 유사한 구조적 특성을 갖는 무질서한 매질에서의 빛의 흐름을 이해하고, (ii) 외부와 에너지를 주고 받는 열린계를 이용한 뉴로모픽 단위 소자를 설계하는 연구를 수행하고 있습니다. 또한 열린계에서의 양자 광학 현상, 비유클리드 공간에서의 빛의 거동 및 위상학적 특성, 상대론적 입자의 거동을 보여주는 편광 특성, 네트워크 기반 광학 매질 설계, 초고속 동작이 가능한 광학 멤리스터의 설계 등 다양한 분야의 기초 및 응용 연구 수행을 계획하고 있습니다.

▶ 본 연구실의 보다 근본적인 연구 방향은 다학제적 시각을 통한, 공학 문제의 재해석 및 응용입니다. 구체적으로는 양자물리, 전자기학, 네트워크 이론, 머신러닝 등 서로 다른 연구 분야에서의 수학적/물리적 유사성을 찾고, 이를 통해 주어진 공학 문제를 다시 들여다 봄으로써 기존과는 차별화된 관점을 제시하는 연구를 수행하고자 합니다. 해당 접근 방식을 통해 전자기학 및 양자역학에 기반한 고전적 광학 연구 기법의 혁신에 그치지 않고, 확장된 자유도를 통한 성능 최적화, 새로운 소자 및 시스템의 동작 방식 제시를 목표로 합니다. 또한 연구원들이 물리학, 재료과학, 수치해석, 머신러닝, 네트워크 분야 등에 걸쳐 새로운 관점으로 문제를 다룰 수 있는 경쟁력을 갖추는 것을 목표로 합니다.

▶ 상황에 따라 변경될 수 있으나, 연구실 석/박사 학생은 전자기학 및 양자역학을 기반으로 한, 광학 기술에 대한 이론/수치해석을 기반으로 연구를 시작합니다. 해당 지식 및 경험을 토대로, 물질파, 음파, 탄성파 등 다른 파동역학, 여러 파동의 매질 내 전파(Transport), 확산(Diffusion) 및 국소화(Localization) 현상, 다양한 매질의 미세 구조 특성과 이의 네트워크적 관점을 통한 해석/설계 등을 폭넓게 연구하여, 광학 시스템에 대한 새로운 시각을 갖는 것을 목표로 합니다. 아울러 광학, 마이크로파, 음파 등의 플랫폼에서의 실험적 검증 작업 역시 수행합니다.

▶ Photonic AI
- Scale-Free photonic neural networks
- Photonic neurons/synapses
- Photonic activation functions

▶ Photonic Quantum Computing
- Quantum machine learning
- Open quantum systems
- Graph theory for quantum optics

▶ AI Wave Mechanics
- Convolutional Neural Networks (CNNs) for wave-matter interactions
- Graph Neural Networks (GNNs) for wave-matter interactions
- Scale invariance in neural networks and engineered materials

▶ Disordered Photonics
- Engineered disorder in photonics
- Crystal-like spectra/scattering in disordered materials
- Scale-free materials with hub dynamics

▶ Open-System/Non-Euclidean/Topological Photonics
- Chirality, oscillation quenching, and topology in open systems
- Hyperbolic lattices and their topology & deformations
- Flat-band photonics

[17] Gyunghun Kim, Jensen Li, Xianji Piao*, Namkyoo Park*, Sunkyu Yu*. Programmable lattices for non-Abelian topological photonics and braiding.
Physical Review Letters 136, 043804 (2026)

[16] Gyunghun Kim, Joseph Suh, Dayeong Lee, Namkyoo Park* & Sunkyu Yu*. Long-range-interacting topological photonic lattices breaking channel-bandwidth limit.
Light: Science & Applications 13, 189 (2024)

[15] Xianji Piao, Sunkyu Yu* & Namkyoo Park*. Programmable Photonic Time Circuits for Highly Scalable Universal Unitaries.
Physical Review Letters 132, 103801 (2024)

[14] Joseph Suh, Gyunghun Kim, Hyungchul Park, Shanhui Fan, Namkyoo Park* & Sunkyu Yu*. Photonic Topological Spin Pump in Synthetic Frequency Dimensions.
Physical Review Letters 132, 033803 (2024)

[13] Sunkyu Yu* & Namkyoo Park*. Heavy tails and pruning in programmable photonic circuits for universal unitaries.
Nature Communications 14, 1853 (2023)

[12] Jungmin Kim, Dayeong Lee, Sunkyu Yu* & Namkyoo Park*. Unidirectional scattering with spatial homogeneity using correlated photonic time disorder.
Nature Physics 19, 726 (2023)

[11] Sunkyu Yu*. Evolving scattering networks for engineering disorder.
Nature Computational Science 3, 128-138 (2023)
: Highlighted in News & Views, Nat. Comput. Sci. & Cover Paper

[10] Sunkyu Yu†, Cheng-Wei Qiu†, Yidong Chong, Salvatore Torquato* & Namkyoo Park*. Engineered Disorder in Photonics.
Nature Reviews Materials 6, 226 (2021): Invited Review Article

[09] Sunkyu Yu, Xianji Piao & Namkyoo Park*. Machine learning identifies scale-free properties in disordered materials.
Nature Communications 11, 4842 (2020)

[08] Sunkyu Yu*, Xianji Piao & Namkyoo Park*. Topological Hyperbolic Lattices.
Physical Review Letters 125, 053901 (2020): Cover Paper

[07] Sunkyu Yu, Xianji Piao & Namkyoo Park*. Neuromorphic Functions of Light in Parity‐Time‐Symmetric Systems.
Advanced Science 6, 1900771 (2019): Cover Paper

[06] Sunkyu Yu, Xianji Piao & Namkyoo Park*. Bohmian Photonics for Independent Control of Phase and Amplitude of Waves.
Physical Review Letters 120, 193902 (2018)

[05] Sunkyu Yu, Xianji Piao, Jiho Hong & Namkyoo Park*. Metadisorder for designer light in random systems.
Science Advances 2, e1501851 (2016)

[04] Sunkyu Yu†, Hyun Sung Park†, Xianji Piao, Bumki Min & Namkyoo Park*. Low-dimensional optical chirality in complex potentials.
Optica 3, 1025 (2016): Cover Paper

[03] Sunkyu Yu, Xianji Piao, Jiho Hong & Namkyoo Park*. Interdimensional optical isospectrality inspired by graph networks.
Optica 3, 836 (2016)

[02] Sunkyu Yu, Xianji Piao, Jiho Hong & Namkyoo Park*. Bloch-like waves in random-walk potentials based on supersymmetry.
Nature Communications 6, 8269 (2015)

[01] Kyungjae Chung†, Sunkyu Yu†, Chul-Joon Heo, Jae Won Shim, Seung-Man Yang, Moon Gyu Han, Hong-Seok Lee, Yongwan Jin, Sang Yoon Lee, Namkyoo Park & Jung H. Shin*. Flexible, Angle-Independent Structural Color Reflectors Inspired by Morpho Butterfly Wings.
Advanced Materials 24, 2375 (2012): Cover Paper & Highlighted in Nature