이기주 교수는 펨토초 레이저를 이용하여 PPLN 등의 비선형 매질에서 일어나는 양자 광원 생성을 연구하고 있으며, 이차원 물질의 결함에서 나타나는 단광자 광원 생성 기술을 연구하고 있다. 최근에는 이차원 물질 기반의 양자 소자를 제작하고 소자의 동작특성을 밝히고 전기적 광학적 성질을 규명하는 연구도 진행하고 있다.