Praca naukowa Badania Guo Guangcana koncentrują się na optyce kwantowej i informacji kwantowej, w tym na komunikacji kwantowej, kryptografii kwantowej oraz obliczeniach kwantowych. Profil opublikowany w Light: Science & Applications przedstawia go jako pioniera chińskich badań nad optyką kwantową, który w latach 80. pomagał wprowadzać tę tematykę do krajowego obiegu badawczego, a w latach 90. przesunął punkt ciężkości na informację kwantową. Wśród jego rozpoznawalnych wkładów teoretycznych wymienia się współautorstwo pracy Duana i Guo z 1998 roku o probabilistycznym klonowaniu i identyfikacji liniowo niezależnych stanów kwantowych, a chińskojęzyczny profil USTC podkreśla także jego udział w pracach nad kodowaniem unikającym błędów kwantowych oraz dalekosiężną dystrybucją klucza kwantowego.
W części eksperymentalnej i aplikacyjnej dorobek zespołów z udziałem Guo obejmował m.in. schematy przetwarzania informacji kwantowej w układach splątanych atomów we wnęce optycznej (cavity QED), eksperymentalną teleportację bramki controlled-NOT, badania korelacji kwantowych pod wpływem dekoherencji, testy nierówności Leggetta–Garga w układzie fotonowym oraz kontrolę przejścia między dynamiką markowowską i niemarkowowską w otwartych układach kwantowych.