上世纪80年代率先在国内开展量子光学研究，于1997年和1998年先后提出“量子避错编码原理”和“量子概率克隆原理”。在近十年中，学校在量子信息科学前沿和量子通信技术等领域取得了一系列具有国际领先水平的创新成果。首次实现终端开放的隐形传态、复合系统量子隐形传态、光子与原子比特间的隐形传态、国际上距离最远的自由空间量子隐形传态；首次实现五光子、六光子和十比特光子纠缠态；首次实现突破大气等效厚度的量子纠缠和量子密钥分发；率先实现绝对安全距离超过100公里和200公里的诱骗态量子密钥分发；首次实现全通型量子通信网络；首次实现具有存储和读出功能的量子中继器；实现毫秒级的单激发量子存储；实现多光子容失量子编码；实现重要的量子算法；实现自旋晶格模型中任意子分数统计的量子模拟；实现最优动力学解耦，极大地提高了电子自旋相干时间等。在量子技术创新与工程化应用方面取得了重大突破，成功研制出具有国际领先水平的单光子探测器、量子密钥收发一体终端、量子交换机和量子集控站等一批核心元器件与关键设备。联合安徽省和山东省相关地区，开展“南北干线”大尺度光纤量子通信骨干网建设，有望建成世界上首个大尺度广域量子通信国家试验床，对我国夺取这一战略性新兴产业的制高点具有十分重大的意义。相关研究成果7次入选由两院院士评选的年度中国十大科技进展新闻、4次入选美国物理学会和欧洲物理学会评选的国际物理学重大进展，并在国际权威综述杂志《Reviews of Modern Physics》上发表中国大陆科学家撰写的第一篇实验综述论文。
在高温超导领域取得系列重要进展，2008年发现了一类新型超导体—铁基化合物超导体，其临界温度突破了“麦克米兰极限”，推动了铁基高温超导材料的研究。相关研究成果与日本和中科院物理所科学家的工作一起入选2008年《Science》杂志评选的世界十大科学进展、美国物理学会和欧洲物理学会评选的物理学重要进展、中国两院院士评选的世界十大科技进展等。相关研究成果发表在《Nature》及其子刊、《PRL》等学术期刊上。
