배준우 교수의 연구 분야는 양자정보이론이다. 양자 원리를 정보 이론의 관점에서 접근하고 이해하여 통신 및 컴퓨팅에 활용한다. 양자 원리를 기반으로 기존 정보처리의 한계를 뛰어넘는 양자정보처리를 개발하고 구현하는 것이 주된 관심사이다. 양자 상태 구별과 양자 얽힘의 기초 연구 결과를 바탕으로 양자 암호 보안성 분석 및 증명, 양자 네트워크 프로토콜 개발, 양자 알고리즘 개발 등의 응용 분야에서 60여편의 연구 논문을 발표했다. 양자정보이론 난제 22번을 해결하고 31번을 제안했다.