김기웅 교수는 양자시스템을 이용한 고감도 메트롤로지를 연구하고 있으며, 특히, SQUID, 원자자력계, 다이아몬드질소공동, 나노역학계 등 양자자기장센서의 고안에서부터 이를 이용한 뇌/심장 첨단의료장비, 화학분석장치, 차세대 MRI, 양자텍스쳐 SPM 등 국제기술이전 수준의 완성도 높은 응용시스템의 개발 까지를 연구 범위로 한다. 국가 R&D 우수성과 100선, BIOMAG 젊은과학자상, Siemens 학술상 등 20여 개 연구상을 수상하였다. 최근에는 양자계에서의 energy dissipation과 리드버그 원자를 이용한 양자전기장센서에 관심을 갖고 연구를 진행 중이다.