Forschungsgruppen

Quantenoptik & Spektroskopie

Die Forschungsgruppe Quantenoptik und -spektroskopie wird von Prof. Rainer Blatt geleitet und arbeitet eng mit einem Team von leitenden Wissenschaftlern zusammen, die einzelne Projekte leiten. Unsere Labors befinden sich am Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck und am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, beide in Innsbruck, Österreich, im Herzen der Alpen.

Im Mittelpunkt unserer Experimente stehen gefangene Ionen, die wir mit Laserlicht manipulieren, wobei wir sowohl die Zustände einzelner Teilchen als auch die kollektiven Zustände präzise kontrollieren können.

Zur Gruppenwebsite: https://www.quantumoptics.at/en/

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Leitung Forschungsgruppe
Univ.-Prof. Dr. Rainer Blatt
Tel: +43 512 507 52450
E-Mail: Rainer.Blatt@uibk.ac.at

Verteilte Quantensysteme

In unserer Gruppe arbeiten wir an der Entwicklung und Demonstration von Methoden zur Herstellung der Verschränkung zwischen entfernten Quantensystemen und nutzen diese Fähigkeit zur Realisierung neuer wissenschaftlicher und technologischer Anwendungen. 

Unsere entfernten Quantensysteme sind äquivalent zu Registern von Spins, in denen Verschränkung gespeichert und verarbeitet werden kann, die mit Hilfe von Photonen miteinander verbunden sind.  Wir möchten solche Quantennetzwerke über Entfernungen von einigen Metern entwickeln, um skalierbare Vielteilchen-Quantensysteme bis hin zu Tausenden von Kilometern für globale Quantenkommunikations- und -sensornetzwerke zu untersuchen. In unserem Labor gibt es gefangene atomare Ionen, optische Hohlräume, um Ionen mit Photonen zu verbinden, und nichtlineare Optik, um die Wellenlänge von Photonen in optimale Werte für die Kommunikation über große Entfernungen umzuwandeln. 

Unsere beiden wichtigsten Forschungsfragen sind: 1. Wie können wir die Verschränkung zwischen entfernten Orten verteilen, speichern und verstärken? 2. Was sind die vielversprechendsten Anwendungen der verteilten Verschränkung, und wie können wir sie in naher Zukunft realisieren?

Zur Gruppenwebsite: Photon-conversion-for-trapped-ion-quantum-networks

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Leitung Forschungsgruppe
assoz. Prof. Dr. Benjamin Peter Lanyon
Tel: +43 512 507 52900
E-Mail: Ben.Lanyon@uibk.ac.at

Sekretariat
Claudia Mevenkamp
Tel: +43 512 507 52511
E-Mail: Claudia.Mevenkamp@uibk.ac.at

Quanten-Ingenieurswesen

Die von Thomas Monz geleitete Forschungsgruppe befasst sich mit skalierbarer Quanteninformation und Quantencomputing, von der Metrologie über die Quantenfehlerkorrektur bis hin zur Realisierung von Algorithmen in immer größeren Quantensystemen.

Wir entwickeln und implementieren neue Methoden, um Quantensysteme und ihre Grenzen besser zu verstehen und zu überwinden. Aufbauend auf einem messtechnischen Hintergrund werden winzige Effekte charakterisiert und im Hinblick auf potenzielle Grenzen bewertet, während wir die kohärente Kontrolle von Quantensystemen vergrößern. Neben passiven Methoden zur Unterdrückung unerwünschter Wechselwirkungen ermöglicht uns der Bereich der Quantenfehlerkorrektur, die Grenzen der kohärenten Quantenkontrolle zu erweitern. Ergänzt werden diese Aktivitäten durch Untersuchungen zur Herstellung, Integration und zum Betrieb von skalierbaren Quantengeräten. Diese Entwicklungen bauen auf einem grundlegenden Verständnis der zugrundeliegenden Physik auf, um zu großen kohärent kontrollierten Quantensystemen vorzustoßen.

Details zu dieser Forschungsgruppe: https://quantumoptics.at/

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Leitung Forschungsgruppe
Ass.-Prof. Priv.-Doz. Dr. Thomas Monz
Tel: +43 512 507 52452
E-Mail: Thomas.Monz@uibk.ac.at

Patricia Moser
Tel: +43 512 507 52451
E-Mail: Pat.Moser@uibk.ac.at

Renate Rupprechter
Tel: +43 512 507 52513
E-Mail: Renate.Rupprechter@uibk.ac.at

Quantenschnittstellen

In der Forschungsgruppe von Tracy Northup erforschen wir Quantenschnittstellen zwischen Licht und Materie, wobei wir uns auf gefangene Ionen und hohlraumbasierte Schnittstellen für Quantennetzwerke und Quantenoptomechanik konzentrieren.

In künftigen Quantennetzwerken werden Photonen Informationen über große Entfernungen transportieren, während gefangene Ionen zu den stärksten Kandidaten für lokale Quantencomputer gehören. Das Einfangen von Ionen in optischen Resonatoren ermöglicht es uns, Quanteninformation kohärent zwischen Ionen und Photonen abzubilden und so die Vorteile beider Systeme zu nutzen. Unsere Forschungsarbeiten zur Quantenoptomechanik - bei denen wir schwebende Nanopartikel in Ionenfallen einfangen und kühlen - zielen darauf ab, die Bewegung mesoskopischer Objekte in den Quantenbereich zu bringen.

Zur Gruppenwebsite: https://www.uibk.ac.at/en/exphys/research/quantum-interfaces/

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Leitung Forschungsgruppe
Univ.-Prof. Dr. Tracy Eleanor Northup
Tel: +43 512 507 52463
E-Mail: Tracy.Northup@uibk.ac.at

Sekretariat
Claudia Mevenkamp
Tel: +43 512 507 52511
E-Mail: Claudia.Mevenkamp@uibk.ac.at

Quanteninformation mit mehr als Qubits

Die von Martin Ringbauer geleitete Forschungsgruppe beschäftigt sich mit Quanteninformationsverarbeitung und Quantencomputern auf Basis hoch-dimensionaler Quantensysteme.

Wir arbeiten an neuen Ansätzen zur Realisierung und Anwendung von Quantencomputern auf Basis einzelner gespeicherter Ionen. Einer unserer Forschungsschwerpunkte liegt dabei in der nicht-binären Informationsverarbeitung. Seit Jahrzehnten arbeiten Computer erfolgreich mit 0 und 1 und so hat sich dieser binäre Ansatz auch im Bereich der Quantencomputer gehalten. Für Quantencomputer, sowie viele ihrer Anwendungen, ist es jedoch viel natürlicher mit mehr als 0 und 1 zu arbeiten. Unser Ziel ist mit so einem Ansatz deutlich effizientere Berechnung auf Quantencomputern zu ermöglichen, um diese Ressource optimal zu nutzen. Andere Forschungsfragen drehen sich um Quantenfehlerkorrektur, Fundamentalfragen in der Quanteninformation, sowie Quantensimulation von physikalischen Prozessen wie etwa aus der Teilchenphysik

Zur Gruppenwebsite: https://quantumoptics.at/

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Leitung Forschungsgruppe
Ass.-Prof. Martin Ringbauer
Tel: +43 512 507 52458
E-Mail: Martin.Ringbauer@uibk.ac.at

Patricia Moser
Tel: +43 512 507 52451
E-Mail: Pat.Moser@uibk.ac.at

Renate Rupprechter
Tel: +43 512 507 52513
E-Mail: Renate.Rupprechter@uibk.ac.at

Quantensimulation & Quantenmessungen

Christian Roos' Forschung konzentriert sich auf die Erzeugung, Charakterisierung und Nutzung von Verschränkung als Ressource für Quantensimulation und Quantenmetrologieexperimente. Die wichtigsten Werkzeuge sind gefangene und lasergekühlte Ionen als gut kontrolliertes Quantensystem mit langen Kohärenzzeiten und die maßgeschneiderten Laserpulse, die verschränkende Wechselwirkungen zwischen den internen Zuständen der gefangenen Ionen hervorrufen. Eine Forschungsschwerpunkt liegt darin, ein System aus einigen Dutzend gefangenen Ionen in ein wechselwirkendes Quanten-Vielteilchensystem zu verwandeln, um Quantenmangnetismus zu simulieren. Bei diesem Ansatz kodiert jedes Ion ein Spin-1/2-Teilchen, das mit anderen Teilchen über weitreichende Wechselwirkungen wechselwirkt. Die Kontrolle des Quantensystems auf der Ebene der einzelnen Teilchen ermöglicht Quantenmessungen, die Einblicke in die Quantendynamik dieses erzeugten Quantensystems geben. In einem weiteren Forschungszweig wird die Nutzung der Verschränkung für die Entwicklung neuartiger Messverfahren untersucht.

Zur Gruppenwebsite: https://www.quantumoptics.at/en/

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Leitung Forschungsgruppe
Assoz. Prof. Dr. Christian Roos
Tel: +43 512 507 47045
E-Mail: Christian.Roos@uibk.ac.at

Sekretariat
Claudia Mevenkamp
Tel: +43 512 507 52511
E-Mail: Claudia.Mevenkamp@uibk.ac.at

Quantentechnologien mit einzelnen Molekülionen

In der Forschungsgruppe "Quantentechnologien mit einzelnen Molekülionen" wollen wir mehr über die Quanteneigenschaften von einzelne polyatomare Moleküle lernen und diese für Quantentechnologien ausnutzen.

Zur Gruppenwebsite: https://www.quantum-molecules.eu/

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Leitung Forschungsgruppe
Ass.-Prof. Mag. Dr. Philipp Schindler
Tel: +43 512 507 52479
E-Mail: Philipp.Schindler@uibk.ac.at

Sekretariat
Claudia Mevenkamp
Tel: +43 512 507 52511
E-Mail: Claudia.Mevenkamp@uibk.ac.at

Patricia Moser
Tel: +43 512 507 52451
E-Mail: Pat.Moser@uibk.ac.at

Renate Rupprechter
Tel: +43 512 507 52513
E-Mail: Renate.Rupprechter@uibk.ac.at

Ultrakalte Quantenmaterie Theorie

Die theoretische Forschungsgruppe unter der Leitung von Russell Bisset beschäftigt sich mit der exotischen Welt ultrakalter Quantenzustände. Werden verdünnte Gase auf Nanokelvin-Temperaturen abgekühlt, so werden sie zu Quantensystemen, die von sich aus außergewöhnlich saubere und kontrollierbare Umgebungen bieten. Diese Quantengase dienen nicht nur als leistungsstarke Plattformen zur Erforschung fundamentaler Physik, sondern ermöglichen auch die Erzeugung neuartiger Materiezustände mit exotischen Eigenschaften. Darüber hinaus spielen sie eine zentrale Rolle bei der Entwicklung neuer Quantentechnologien.

Unsere Forschung umfasst ein breites Spektrum an Themen im Bereich ultrakalter Quantensysteme, darunter Quantenferrofluide mit Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, binäre Kondensate, Quantenwirbel, verdünnte selbstgebundene Tröpfchen und Supersolide — paradoxe Materialien, die gleichzeitig sowohl suprafluide als auch festkörperartige Eigenschaften aufweisen.

Details zu dieser Forschungsgruppe: https://www.uibk.ac.at/en/exphys/research/ultracold-theory/

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Leitung Forschungsgruppe
Ass.-Prof. Dr. Russell Nathan Bisset
Tel: +43 512 507 52514
E-Mail: Russell.Bisset@uibk.ac.at

Sekretariat
Verena Tanzer
Tel: +43 512 507 52415
E-Mail: Verena.Tanzer@uibk.ac.at

Dipolare Quantengase

Unsere Gruppe untersucht dipolare Quantengase aus Erbium- (Er) und Dysprosium- (Dy) Atomen. Diese außerordentlich magnetischen Spezies sind eine leistungsstarke neue Ressource für Quantensimulationen mit starker Konnektivität, bei denen jedes Atom über große Entfernungen an das andere gekoppelt ist, und für die Erforschung exotischer Materiephasen, die kein klassisches Gegenstück haben.

Wir verfügen über drei Labore: das ERBIUM LAB, in dem Er zum ersten Mal nach Bose kondensiert wurde, das Er-Dy LAB, in dem dipolare Quantenmischungen unter einem Quantengasmikroskop untersucht werden, und das T-REQs LAB, in dem wir Er-Atome in Arrays von optischen Pinzetten für die Rydberg-Physik einfangen. Vor kurzem haben wir eine Theoriegruppe eingerichtet, die sich mit der Untersuchung und Vorhersage dipolarer Phänomene in dipolaren Quantengasen und -mischungen befasst.

Die von Francesca Ferlaino geleitete Gruppe ist gemeinsam am Institut für Experimentalphysik (IExP) der Universität Innsbruck und am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften angesiedelt und gehört zum Innsbruck Center for Ultracold Atoms and Quantum Gases.

Zur Gruppenwebsite: http://www.erbium.at/FF/

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Leitung Forschungsgruppe
Univ.-Prof. Dr. Francesca Ferlaino
Tel: +43 512 507 52440
E-Mail: Francesca.Ferlaino@uibk.ac.at

Sekretariat
Silvia Bonazza
Tel: +43 512 507 52438
E-Mail: Silvia.Bonazza@uibk.ac.at

Ultrakalte Quantenmaterie

Wir sind eine experimentelle Forschungsgruppe, die mit atomaren und molekularen Gasen arbeitet, die auf Temperaturen im Nanokelvin-Bereich abgekühlt sind. Unser allgemeines wissenschaftliches Ziel ist es, neuartige Zustände von Quantenmaterie zu erzeugen und ihre faszinierenden (und manchmal sehr bizarren) Eigenschaften zu untersuchen      

Zur Gruppenwebsite: http://ultracold.at/grimm/

Kontakt

Leitung Forschungsgruppe
Univ.-Prof. Dr. Rudolf Grimm
Tel: +43 512 507 52410
E-Mail: Rudolf.Grimm@uibk.ac.at

Sekretariat
Verena Tanzer
Tel: +43 512 507 52415
E-Mail: Verena.Tanzer@uibk.ac.at

Stark korrelierte Quantenmaterie

In unserer Forschung untersuchen wir verschiedene Aspekte der stark korrelierten Quantenmaterie mit Hilfe ultrakalter Atome und Moleküle. Unsere Gruppe wird geleitet von Prof. H.-C. Nägerl und wir sind Teil des Zentrums für ultrakalte Atome und Quantengase in Innsbruck

Zur Gruppenwebsite: https://quantummatter.at/

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Leitung Forschungsgruppe
Univ.-Prof. Dipl.-Phys. Dr. Hanns-Christoph Nägerl
Tel: +43 512 507 52420
E-Mail: Christoph.Naegerl@uibk.ac.at

Bernien Lab

Das Bernien Lab studiert die Quantenphysik, indem es große Quantensysteme aus einzelnen Atomen in optischen Pinzetten zusammensetzt. Diese Plattform eignet sich ideal sowohl für die Erforschung grundlegender Fragen als auch für die Realisierung von Quantentechnologien wie Quantencomputern und Quantennetzwerken.

In der Quanteninformationsverarbeitung leistet das Labor Pionierarbeit mit Rydberg-Arrays aus zwei unterschiedlichen Atomsorten, die einzigartige Möglichkeiten für Quantencomputer und Quantensimulatoren bieten.

Im Bereich der Quantennetzwerke realisiert das Labor photonische Schnittstellen für Atome auf der Basis von Cavity-Arrays auf einem Chip.

Zur Gruppenwebsite:  https://bernienlab.com/

Kontakt

Leitung Forschungsgruppe
Univ.-Prof. Hannes Bernien, PhD
Tel: +43 512 507 52980
E-Mail: Hannes.Bernien@uibk.ac.at

Sekretariat
Victoria Aleshina
Tel: +43 512 507 52981
E-Mail: Victoria.Aleshina@uibk.ac.at

Supraleitende Quantenschaltkreise

Im Mittelpunkt der Forschung der Arbeitsgruppe um Gerhard Kirchmair stehen sogenannte “Circuit Quantum Electrodynamics Systems”, aufgebaut aus supraleitenden Mikrowellenresonatoren und supraleitenden Qubits, die mit Mikrowellensignalen manipuliert und gemessen werden. Die Qubits werden mit Nano-Strukturierungsverfahren im Quanten-Nano-Zentrum-Tirol der Universität Innsbruck erzeugt, womit die Eigenschaften dieser Qubits nahezu beliebig entworfen und an die gewünschten Parameter angepasst werden können. Damit diese Schaltkreise auch Quanteneigenschaften zeigen, müssen sie in einem Cryostaten auf eine Temperatur von 20 Millikelvin abgekühlt werden. Diese Systeme erlauben die Realisierung von Experimenten in den Bereichen der Quanteninformation, Quantensimulation und Quantenoptik. Wir können zum Beispiel mehrere Qubits an einen Mikrowellenleiter koppeln und die Entstehung von sogenannten Dunkelzuständen - Zustände, die sind vom Wellenleiter entkoppelt - untersuchen, die sich dazu eignen, Quanteninformation von einem Quantenprozessor zu einem anderen zu schicken. In einem anderen Experiment koppen wir einen mechanischen Oszillator magnetisch an einen Mikrowellenschwingkreis, um den Oszillator in seinen quantenmechanischen Grundzustand zu koppeln.

Zur Gruppenwebsite:  https://kirchmair.iqoqi.at/en/

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Leitung Forschungsgruppe
Univ.-Prof. Dr. Gerhard Kirchmair
Tel: +43 512 507 47051
E-Mail: Gerhard.Kirchmair@uibk.ac.at

Sekretariat
Claudia Mevenkamp
Tel: +43 512 507 52511
E-Mail: Claudia.Mevenkamp@uibk.ac.at

Didaktik der Physik

Die Forschungsgruppe von Thomas Schubatzky untersucht Lernprozesse zur Physik in Schule und Universität mit dem Ziel, diese zu verbessern. Mithilfe des Einsatzes von Methoden der empirischen Lehr-Lernforschung formulieren wir so evidenzbasierte Aussagen im Bereich der fachdidaktischen Grundlagen- sowie Entwicklungsforschung.

Die Arbeiten der Forschungsgruppe Didaktik der Physik lassen sich in drei wesentliche Schwerpunkte unterteilen: Wir setzen uns mit Lernprozessen zur Klimaphysik und Energiewende auseinander. Außerdem widmen wir uns der Lehrkräftebildungsforschung. Auf methodologischer Ebene untersuchen wir Potenziale bayesscher Statistik für die naturwissenschaftsdidaktische Forschung.

Details zu dieser Forschungsgruppe: https://www.uibk.ac.at/de/ifd/mse/

Kontakt

Leitung Forschungsgruppe
Assoz. Prof. Mag. Thomas Schubatzky, PhD
Tel: +43 512 507 43101
E-Mail: Thomas.Schubatzky@uibk.ac.at

Sekretariat
Thomas Schnabl
Tel: +43 512 507 43002
E-Mail: Thomas.Schnabl@uibk.ac.at

Photonik

Die Forschungsgruppe von Gregor Weihs nutzt Quanteneffekte des Lichts für die Quantenkommunikation, Quanteninformationsverarbeitung, Quantensensorik und zur Erforschung fundamentaler Fragen der Quantenphysik.

Ein wichtiger Fokus ist dabei die Forschung und Entwicklung neuartiger und verbesserter Quellen von Quantenzuständen des Lichts, insbesondere Quellen einzelner Photonen und von verschränken Photonenpaaren. Diese Quellen basieren einerseits auf nichtlinearer Optik und andererseits auf einzelnen Halbleiterquantenpunkten.

Mit diesen Quellen wurden in den letzten Jahren Tests der Quantenverschränkung und der Quantenentfernungsmessung realisiert. Die Mehrteilchenverschränkung und -interferenz wurde durch Kombination mehrerer Lichtquellen und durch Demultiplexen eines Stroms einzelner Photonen untersucht und neue Gesetzmäßigkeiten theoretisch gefunden und experimentell bestätigt. Mit Einzelphotonen konnte die Forschungsgruppe auch fundamentale Axiome der Quantenphysik überprüfen.

Details zu dieser Forschungsgruppe: https://www.uibk.ac.at/en/exphys/research/photonik/

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Leitung Forschungsgruppe
Univ.-Prof. Mag. Dr. Gregor Weihs
Tel: +43 512 507 52550
E-Mail: Gregor.Weihs@uibk.ac.at

Sekretariat
Anna Grigoryeva
Tel: +43 512 507 52552
E-Mail: Anna.Grigoryeva@uibk.ac.at