潘建伟教授主要从事量子通信、量子计算和量子力学基础问题检验等方面的研究。作为国际上量子信息和量子通信实验研究领域的先驱和开拓者之一，他是该领域有重要国际影响力的科学家。利用量子光学手段，他在量子调控领域取得了一系列有重要意义的研究成果，尤其是他关于量子通信和多光子纠缠操纵的系统性创新工作使得量子信息实验研究成为近年来物理学发展最迅速的方向之一。

潘建伟及其同事有关实现量子隐形传态的研究成果于1999年同伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论等影响世界的重大研究成果一起被《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”。其研究成果曾1次入选英国《自然》杂志评选的“年度十大科技亮点”、1次入选美国《科学》杂志评选的“年度十大科技进展”、6次入选英国物理学会评选的 “年度物理学重大进展”、5次入选美国物理学会评选的“年度物理学重大事件”、9次入选两院院士评选的“中国年度十大科技进展新闻”。潘建伟在包括Nature (11篇)、Nature Physics (8篇) 、Nature Photonics (9篇)、Nature Nanotechnology (2篇)、 PNAS (3篇)、Physical Review Letters (70篇) 在内的国际重要学术刊物上发表论文160余篇，共被引用13000余次。