主要从事空间光电技术和系统的研究，组建中国第一个纳米生物效应与安全性实验室，开创纳米安全性研究
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王建宇主持国际首颗量子科学实验卫星系统的设计和研制，解决了星地量子科学实验中光束对准、偏振保持和单光子探测等多项核心技术难题，确保了星地量子秘钥分发、纠缠分发和地星量子隐形传态等科学实验的完成；提出了超光谱成像与激光遥感相结合的探测新方法，解决了多维遥感探测中信息同步获取难题，主持研制了多种超光谱遥感系统，并产生重大效益；提出了空间远距离激光高灵敏度单元和阵列探测方法，实现了中国激光遥感的首次空间应用。
