김요셉 교수는 초전도 회로와 양자광학 시스템을 활용하여 다양한 양자정보 기술 연구를 수행해왔다. 특히, 고정주파수 초전도 큐비트를 위한 3-큐비트 iToffoli 게이트와 하이젠베르크 상호작용을 최초로 구현함으로써 초전도 양자컴퓨터의 활용 가능성을 크게 확장하였다. 그의 주요 연구 관심사는 초전도 양자컴퓨팅, 양자 머신러닝, 오류 완화 기술, 양자광학, 양자측정 등이다.