Raziskovalna področja
Projekt SQUASH obsega štiri raziskovalna področja, ki pokrivajo raznolika strokovna znanja s področja kvantne znanosti, s katerimi se na najvišji ravni ukvarjajo raziskovalke in raziskovalci na Institutu »Jožef Stefan« in Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani.
1. Kvantna teorija
V ospredju premikanja meja našega razumevanja kvantnega sveta je raziskovanje temeljnih odprtih vprašanj kvantne teorije. Raziskave omogočajo zastavljanje prej nepredstavljivih vprašanj, kot so naslednja: Ali je mogoče imeti kvantno snov brez temperature? Ali lahko izkoristimo učinek tople grede za stabilizacijo trajnega toka v nekem materialu? Kakšna je bila narava faznih prehodov v zgodnjem vesolju? Izbrane kandidatke in kandidati se bodo lahko pridružili eni od naslednjih uveljavljenih skupin na področju raziskav večdelčne kvantne teorije na Institutu »Jožef Stefan« (v nadaljevanju: IJS):
1.1 Večdelčna kvantna fizika
Večdelčna kvantna fizika predstavlja velik intelektualni izziv, saj pogosto zahteva povsem nov pogled na preučevane kvantne sisteme ter tudi nove metodološke pristope. Napredek na tem področju obenem omogoča iskanje odgovorov na že dolgo odprta vprašanja ter vzpostavitev povsem novih usmeritev na področju raziskovanja. Raziskovalne smeri na IJS so naslednje:
- proučevanje kvantnih faznih prehodov z zlomom ergodičnosti,
vzpostavitev posebej zasnovanih protokolov, ki omogočajo usmerjanje kvantnega sistema v eksotična stabilna stanja, - proučevanje kompleksnih materialov z vidika transportnih lastnosti in izvenravnovesnega obnašanja itd.
Mentorice in mentorji:
prof. Tomaž Rejec
Tomaž Rejec je raziskovalec na področju teorije trdnih snovi na Odseku za teoretično fiziko Instituta Jožef Stefan in docent za fiziko na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani. Raziskuje na področju transportnih lastnosti nanoskopskih sistemov z...
prof. Jernej Mravlje
Jernej Mravlje je raziskovalec na področju teorije trdnih snovi na odseku za teoretično fiziko Instituta Jožef Stefan in docent za fiziko na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani. Raziskuje transportne pojave v večorbitalnih snoveh, ki jih opisuje v...
prof. Lev Vidmar
Lev Vidmar je znanstveni svetnik na IJS in izredni profesor za fiziko na FMF UL. Je vodja ERC projekta Boundary, v katerem s sodelavci proučuje meje kvantnega kaosa ter s tem povezan nov pojav, imenovan fazni prehod z zlomom ergodičnosti. Lev Vidmar se ukvarja s...
dr. Zala Lenarčič
Zala Lenarčič je višja znanstvena sodelavka na Institutu "Jožef Stefan" (IJS), kjer vodi skupino za neravnovesne odprte mnogodelčne kvantne sisteme. Je prejemnica ERC StG projekta "Šibko vzbujane kvantne simetrije" in koordinira evropski QuantERA konzorcij QuSiED,...
1.2 Kvanto pri visokih energijah
Standardni model osnovnih delcev in interakcij je naš najboljši opis narave na najmanjši skali in v najzgodnejših obdobjih vesolja. Opazovanje in izkoriščanje v osnovi kvantnih učinkov sta utrli pot do današnje formulacije te teorije. Razvoj na tem področju vpliva na področji fizike delcev in kozmologije ter na področje fizike kondenzirane snovi. Raziskovalne smeri na IJS so naslednje:
- iskanje možnih kvantnih efektov v fiziki onkraj standardnega modela s poudarkom na trenutno najobčutljivejših opazljivkah fizike onkraj standardnega modela in temeljnih simetrij v naravi,
- obravnavanje natančne narave faznih prehodov v zgodnjem vesolju itd.
Mentorice in mentorji:
prof. Sašo Grozdanov
Dr. Sašo Grozdanov je izredni profesor na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani. Je tudi član fakultete in Ernest Rutherford Fellow na Higgsovem centru za teoretično fiziko Univerze v Edinburgu. Diplomiral je na Univerzi Harvard, magistriral na...
prof. Lorenzo Ubaldi
Lorenzo Ubaldi je znanstvenik na Inštitut Jožef Stefan in pridruženi član Inštituta za fumandentalno fiziko vesolja (IFPU) v Trstu. Njegovi raziskovalni interesi segajo od fizike delcev pa vse do kozmologije. Primarno raziskuje naravo temne snovi in mehanizme, ki bi...
prof. Miha Nemevšek
Področje, ki me zanima je fizika visokih energij, zlasti fizika onkraj standardnega modela. Ti pojavi se manifestirajo na TeV energijah, in jih je možno opazovati na LHC. Zanima me kako določene teorije povezujejo opazljivke na trkalnikih z drugimi pojavi pri nizkih...
prof. Svjetlana Fajfer
Svjetlana Fajfer je znanstvena svetnica na IJS in redna profesorica za fiziko na FMF UL. Njen glavni raziskovalni interes je teorija fizike visokih energij. Ukvarja se s teorijo kvarkovskih okusov in iskanjem možnih prispevkov fizike izven standardnega modela....
prof. Nejc Košnik
Nejc Košnik je višji znanstveni sodelavec na IJS in izredni profesor na FMF UL. Njegovo raziskovalno področje so kvantni pojavi na skali elementarnih delcev: interferenčni pojavi in kršitev simetrije CP v standardnem modelu in razširitvah, simetrija leptonskih in...
prof. Jernej F. Kamenik
Jernej F. Kamenik je teoretični fizik osnovnih delcev. Njegovi raziskovalni interesi vključujejo fenomenologijio okusov kvarkov in leptonov na trenutnih in bodočih visokoenergijskih trkalnikih delcev, fiziko kvarka t in Higgsovega bozona ter prepletanje fizike delcev...
1.3 Teorija kvantnih materialov ter manipulacija svetlobe s snovjo
Razvoj na področju kvantnih materialov bi lahko pripeljal do novih vrst spektroskopij in bi lahko pomagal pri razvoju novih virov koherentne svetlobe kratkih valovnih dolžin. Poleg tega lahko tlakuje pot za preporodne aplikacije na področju kvantne obdelave podatkov, spintronike in drugih kvantnih tehnologij. Raziskovalne smeri IJS so naslednje:
- proučevanje medsebojnega vpliva med svetlobo in snovjo, pri katerem lahko pulzi intenzivne svetlobe kratkih valovnih dolžin sprožijo kolektiven odziv snovi,
- razumevanje sistemov kvantne kondenzirane snovi, kot so kvantni magneti, topološki materiali in visokotemperaturni superprevodniki, s poudarkom na učinkovitih približkih kvantne narave jeder in sorodnih delcev,
- raziskovanje novih kvantnih stanj v grafenu in kvantnih nanopikah, vključno z njihovo potencialno uporabo v kvantnem računalništvu in elektroniki itd.
Mentorice in mentorji:
prof. Uroš Cvelbar
Uroš Cvelbar je redni profesor in vodja Odseka za plinsko elektroniko (F6) na IJS ter predstojnik podiplomskega programa Nanoznanosti in nanotehnologije na Podiplomski šoli Jožefa Stefana. Honorarno je zaposlen kot profesor in predava predvsem na podiplomskih...
dr. Neelakandan M. Santhosh
Neelakandan M Santhosh je znanstveni sodelavec na Odseku za plinsko elektronika IJS. Na F6 vodi raziskave grafena in drugih 2D materialov. Je član Dielectric Science and Technology Division, Electrochemical Society in več svetovalnih odborov znanstvenih revij. Njegovo...
prof. Matjaž Gomilšek
Matjaž Gomilšek je znanstveni sodelavec na IJS in docent za fiziko na FMF UL. Na IJS je vodja Laboratorija za numerično fiziko in član Laboratorija za meritve v velikih raziskovalnih centrih. Je prejemnik več nagrad za svoje raziskovalno delo ter vodja več...
prof. Matjaž Žitnik
Matjaž Žitnik je znanstveni svetnik na IJS in profesor na FMF UL, kjer poučuje atomsko fiziko. Na IJS vodi program za Raziskave atomov, molekul in struktur s fotoni in delci na Odseku za fiziko nizkih in srednjih energij. Njegovo glavno raziskovalno področje sta...
2. Kvantni materiali
Osrednji cilj na področju kvantnih materialov je iskanje novih materialov, ki izkoriščajo kvantno mehaniko, a jih ta ne omejuje, kar vodi do novoporajajočih se kvantnih pojavov in novih načinov uporabe. To področje zajema mnogo netrivialnih konceptov in pojavov, vključno z nenavadnimi magnetnimi stanji snovi, nekonvencionalno superprevodnostjo in topološko kvantno snovjo. Globlje razumevanje teh materialov bo pomagalo pri izkoriščanju njihovega ogromnega potenciala v kvantnih tehnologijah nove generacije, ki segajo od topološko zaščitenega kvantnega računalništva do kvantne komunikacije, zaznavanja in meroslovja ter učinkovite pretvorbe in shranjevanja energije itd. Izbrane kandidatke in kandidati se bodo lahko pridružili eni od naslednjih uveljavljenih skupin na področju raziskav kvantnih materialov na IJS:
2.1 Kvantni magnetizem
Kvantni materiali vodijo do novih kvantnih pojavov in novih, nepričakovanih načinov uporabe. Še posebej zanimiva so nenavadna magnetna stanja, pri katerih igrajo kvantne fluktuacije odločilno vlogo v destabilizaciji konvencionalnega magnetnega urejanja. To vodi v zapletena kvantnoneurejena stanja, za katera so značilne zapletene frakcijske vzbuditve, pojavna umeritvena polja in stabilne topologije, kar zagotavlja obetavno platformo za kvantne tehnologije nove generacije. Raziskovalne smeri na IJS so naslednje:
- karakterizacije neobičajnih močno kvantno prepletenih magnetnih stanj, kot so kvantne spinske tekočine brez magnetnega urejanja dolgega dosega;
- proučevanje topološko zaščitenih frakcijskih vzbuditev iz zapletenih osnovnih magnetnih stanj;
- raziskave zapletenih magnetnih urejanj in z njimi povezanih neobičajnih magnetnih vzbuditev;
- zaznavanje šibkih magnetnih polj na površinah nekonvencionalnih magnetov z novo razvito optično magnetometrijo prek NV centrov v diamantih itd.
Mentorice in mentorji:
prof. Matej Pregelj
Matej Pregelj je znanstveni sodelavec na IJS in docent fizike na FMF UL. Na IJS vodi področje za nevtronsko sipanje v Laboratoriju za meritve v velikih raziskovalnih centrih. S široko zbirko odmevnih publikacij in več pridobljenimi raziskovalnimi projekti prispeva...
prof. Denis Arčon
Denis Arčon je znanstveni svetnik na IJS in redni profesor za fiziko na FMF UL. Na IJS je vodja Odseka za fiziko trdne snovi ter vodja raziskovalnega programa Fizika kvantnih in funkcionalnih materialov. Je član Znanstvenega sveta IJS, član generalnega sveta Evropske...
prof. Martin Klanjšek
Martin Klanjšek je višji znanstveni sodelavec na IJS in docent s področja fizike na FMF UL. Na IJS je vodja Laboratorija za jedrsko magnetno resonanco v trdni snovi in koordinator Kolokvijev IJS. Glavno področje njegovih raziskav je kvantni magnetizem, pri čemer...
prof. Andrej Zorko
Andrej Zorko je znanstveni svetnik na IJS in redni profesor za fiziko na FMF UL. Na IJS je vodja Laboratorija za meritve v velikih raziskovalnih centrih. Je podpredsednik Mednarodnega združenja za spektroskopijo muSR in član več znanstvenih svetovalnih odborov pri...
2.2 Kvantni nanomateriali
Kvantni nanomateriali imajo zaradi svojih nanometrskih dimenzij edinstvene lastnosti, in sicer zlasti zaradi kvantnomehanskih učinkov. Fizikalne lastnosti teh materialov so v veliki meri odvisne od njihove velikosti, oblike in sinteznih pogojev, kar omogoča prilagajanje njihovih izjemnih magnetnih, električnih, optičnih, mehanskih in katalitičnih lastnosti. Njihove edinstvene lastnosti ponujajo velik uporabni potencial na različnih področjih od kvantnega računalništva, visokogostotnih pomnilnikov informacij in učinkovite pretvorbe energije do katalize, zaznavanja kemikalij, ciljane dostave zdravil in biološkega slikanja itd. Raziskovalne smeri na IJS so naslednje:
- proučevanje kvantnih pik kot zelo majhnih skupkov materiala, kjer modifikacije omogočajo prilagoditev njihovih lastnosti za različne uporabe s pomočjo površinske funkcionalizacije, plazemske obdelave ter ionskega in gama obsevanja;
- raziskave elektronskih in spinskih struktur v magnetnih nanodelcih, kjer pogoji sinteze in obdelave vodijo do preoblikovanja površine in adsorpcije specifičnih vrst iz okolice;
- proučevanje kvantnih molekularnih magnetov, v katerih je mogoče kvantno koherenco ohranjati dlje časa itd.
Mentorice in mentorji:
prof. Janez Kovač
Janez Kovač je višji znanstveni sodelavec na IJS in redni profesor na Mednarodni podiplomski šoli Jožef Stefan. Na IJS je vodja Laboratorija za analizo površin in tankih plasti. Njegov znanstveni interes je precizna karakterizacija površin materialov in tankih plasti...
prof. Darja Lisjak
Darja Lisjak je znanstvena svetnica na IJS in redna profesorica za področje Nanoznanosti. Predava na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana in na Univerzi Nova Gorica. Na IJS vodi skupino Hibridni in tekoči feroični materiali in trenutno vodi tudi štiri...
prof. Gašper Tavčar
Gašper Tavčar je vodja Odseka za anorgansko kemijo in tehnologijo K1 na Institutu Jožef Stefan. Je član večih znanstvenih svetovalnih odborov v Sloveniji in v svetu Njegov glavni interes je sinteza novih spojin, kjer uporablja različne sintezne postopke v inertni...
2.3 Napredni kvantni materiali
Za napredne kvantne materiale so značilni negenerični kvantni učinki, ki omogočajo izboljšane elektronske, optične in magnetne lastnosti. Pri feroelektrikih je na primer mogoče kontrolirano nadzirati kvantno kritičnost, ki izhaja izključno iz kristalne mreže. Raziskovalne smeri na IJS so naslednje:
- proučevanje feroelektričnih ali antiferoelektričnih materialov z mobilnimi nosilci naboja, pri katerih se pričakuje, da bodo kvantne paraelektrične fluktuacije vodile do novih učinkovitih interakcij med elektroni in s tem več možnih zanimivih elektronskih stanj, kot je na primer superprevodnost;
- proučevanje interakcije med kvanti plazemske svetlobe in naprednimi materiali v luči bolj zelene prihodnosti;
- raziskovanje kvantnih materialov v ekstremnih pogojih, npr. pri visokih tlakih;
- rast monokristalov novih kvantnih materialov, ki omogoča poglobljen vpogled v njihove fizikalne lastnosti itd.
Mentorice in mentorji:
prof. Mirela Dragomir
Mirela Dragomir je raziskovalna sodelavka na IJS (K5) in docentka na materialih na MPŠ. Na IJS je tudi soustanoviteljica Laboratorija za kemijo ekstremnih pogojev – ECCL, ki se osredotoča na raziskave kvantnih materialov pri visokih tlakih. Kot štipendistka Marie...
prof. Matic Lozinšek
Matic Lozinšek je višji znanstveni sodelavec na IJS in docent za anorgansko kemijo na MPŠ. Na IJS je vodja Laboratorija za kemijo pod ekstremnimi pogoji – ECCL. Kot Marie Curie štipendist se je podoktorsko izpopolnjeval v Kanadi. Je prejemnik projekta Evropskega...
prof. Alenka Vesel
Alenka Vesel je višja znanstvena sodelavka na IJS in izredna profesorica na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana. Na IJS je vodja Odseka za tehnologijo površin. Je predsednica društva za vakuumsko tehniko Slovenije in slovenska predstavnica za področje uporabne...
prof. Rok Zaplotnik
Rok Zaplotnik je znanstveni sodelavec na Institutu »Jožef Stefan« in izredni profesor na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana. Na Odseku za tehnologijo površin dela v Laboratoriju za plazmo. Njegov glavni raziskovalni interes je karakterizacija plazem s...
dr. Anna Razumnaya
Anna Razumnaya je znanstvena sodelavka na IJS. Doktorirala je iz fizike na Univerzi Picardie v Franciji in prejela podoktorsko štipendijo EU HORIZON-MSCA na IJS. Trenutno raziskovalno zanimanje dr. Anne Razumnaya se osredotoča na raziskovanje topoloških...
prof. Zdravko Kutnjak
Zdravko Kutnjak je znanstveni svetnik na IJS in redni profesor za fiziko na MPŠ IJS in FMF UL. Na IJS je vodja Laboratorija za dielektrično spektroskopijo in kalorimetrijo. Je nosilec Zoisovega priznanja za pomembne znanstvene dosežke, Zlatega znaka IJS in Fulbrightov...
3. Kvantna tehnologija
Novi pojavi v kvantnih materialih utirajo pot platformam za prihodnje kvantne naprave. V zadnjih letih se je na Institutu »Jožef Stefan« okrepila in razširila raziskovalna dejavnost v smeri kvantnih tehnologij, kar je odprlo prej nepredvidljive možnosti in premaknilo meje uporabnosti na področju shranjevanja informacij, atomtronike, kvantne obdelave, kvantnega zaznavanja in kvantnega meroslovja. Izbrane kandidatke in kandidati se bodo lahko pridružili eni od naslednjih uveljavljenih skupin na področju kvantnih tehnologij na IJS:
3.1 Hibridne kvantne naprave
Hibridne kvantne naprave in heterogene strukture omogočajo kombinacijo prednosti večkomponentnih materialov in s tem možnosti novih načinov uporabe, pri čemer zunanji dražljaji pogosto privedejo do neravnovesnih skritih stanj in novih pojavov. Raziskovalne smeri na IJS so naslednje:
- razvoj ustreznih teoretičnih okvirov za modeliranje hibridnih kvantnih sistemov in razvoj naprednih numeričnih orodij za pristop k njim;
- razvoj naprednih numeričnih opisov, ki temeljijo na neravnovesni teoriji polja, za namen proučevanja heterostruktur, pri katerih je mogoče z ustrezno nastavljenim zunanjim krmiljenjem doseči kondenzacijo ekscitonskih parov;
- proučevanje novih konceptov hibridnih naprav, ki naj bi izpolnile zahteve prihodnjega krioračunanja, in sicer še zlasti glede razvoja naprav z učinkovitim in hitrim pomnilnikom;
- raziskovanje prikrite metastabilnosti kvantnih materialov, ki se vse bolj kaže kot močno orodje za nove načine uporabe ter ponuja veliko prednosti za tehnologijo itd.
Mentorice in mentorji:
dr. Anže Mraz
Anže Mraz je raziskovalec na Odseku za kompleksne snovi na IJS, kjer se ukvarja z raziskavami na področju superprevodnih kvantnih bitov in hibridnih spominskih naprav za uporabo v krio in kvantnem računalništvu. Pri svojem delu se poslužuje različnih metod meritve...
prof. Denis Golež
Denis Golež je znanstveni sodelavec na Institutu "Jožef Stefan" (IJS) in docent za fiziko na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani (FMF UL). Njegove raziskave se osredotočajo na neravnovesno dinamiko kvantnih mnogodelčnih sistemov z namenom...
prof. Rok Žitko
Rok Žitko je znanstveni svetnik na IJS in redni profesor na FMF UL. Vodi programsko skupino "Fizika kvantnih tehnologij" (P1-0416) in je vpet v številne pobude na področju kvantnih znanosti in tehnologij v Sloveniji. Raziskovalno se ukvarja z numeričnimi metodami za...
prof. Dragan Mihailović
Dragan Mihailović je profesor na Oddelku za fiziko Univerze v Ljubljani in vodja Odseka za kompleksne snovi na Institutu Jožef Stefan. Po študiju fizike na Oxfordu (MA in DPhil, Balliol) je opravljal številne častne funkcije in za svoje dosedanje delo prejel številna...
prof. Tomaž Mertelj
Tomaž Mertelj je znanstveni svetnik na IJS in docent za fiziko na FMF UL. Njegov glavni raziskovalni interes je časovno ločljiva optična spektroskopija nizkotemperaturnih elektronsko/spinsko urejenih stanj v trdnih snoveh, kot so superprevodnost, valovi nabojne in...
prof. Igor Vaskivskyi
Igor Vaskivskyi je raziskovalec na Institutu Jožef Stefan, kjer vodi Laboratorij za ekstremno UV (EUV) spektroskopijo in polarimetrijo v okviru Odseka za kompleksne snovi. Njegove raziskave se osredotočijo na preučevanje koreliranih elektronskih materialov in razvoj...
3.2 Tehnologije optičnih pasti
Kvantne naprave s hladnimi atomi se pojavljajo kot inovativni senzorji, ki obetajo znatno izboljšanje občutljivosti in natančnosti. Umetni nizi hladnih atomov lahko služijo kot registri kubitov za uporabo v kvantnih simulacijah, kvantnem računalništvu in kvantni optimizaciji. Te naprave imajo daljnosežne posledice za kibernetsko varnost, navigacijo, zaznavanje na principu inercije, medicinsko diagnostiko, geologijo in arheologijo. Raziskovalne smeri na IJS so naslednje:
- raziskovanje uporabe hladnih atomov v poljih optičnih pincet kot hitre in učinkovite metode za ustvarjanje atomskih polj brez napak in z naključno geometrijo;
- proučevanje naprav na osnovi hladnih atomov za namen kvantnih pomnilnikov, generatorjev naključnih števil, interferometrov, žiroskopov, magnetometrov, gravimetrov;
- razvoj sistema za kvantno optomehaniko z optično ujetimi dielektričnimi delci itd.
Mentorice in mentorji:
prof. Rainer Kaltenbaek
Rainer Kaltenbaek je izredni profesor na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani (FMF UL), kjer vodi Laboratorij za kvantno optiko in temelje kvantne fizike. Je tehnični koordinator projekta SiQUID, namenjenega vzpostavitvi slovenske nacionalne kvantne...
dr. Peter Jeglič
Peter Jeglič je kvantni fizik in glasbeni navdušenec s 15-letnimi izkušnjami na področju tehnologij z ultrahladnimi atomi ter več kot 25-letnimi izkušnjami v eksperimentalni fiziki, še posebej s tehnikami magnetne resonance. Leta 2012 je ustanovil Laboratorij za...
3.3 Izkoriščanje kvantnega na mikrometrski in nanometrski ravni
Kvantni učinki topoloških napak na nanostrukturiranih površinah lahko bistveno vplivajo na interakcije med celicami in površino ter celico in celico, rezultat česar bi lahko bili veliko učinkovitejši nanometrski medicinski pripomočki in razvoj zelo občutljivih biosenzorjev. Poleg tega bi bilo mogoče strukturne spremembe na osnovi napak uporabiti za optimizacijo učinkovitosti določenega materiala za napredne tehnološke aplikacije. Raziskovalne smeri na IJS so naslednje:
- proučevanje kvantnih učinkov pri absorpciji vakuumsko-ultravijoličnih fotonov v organskih snoveh s ciljem razumevanja pojava novih patogenih mikroorganizmov;
- proučevanje topoloških napak, ki so ključne pri opredeljevanju mehanike in dinamike snovi, še zlasti v bioloških sistemih;
- raziskovanje energijskih stanj strukturnih napak na kvantni ravni;
- proučevanje funkcionalnih metamaterialov z visoko površinskoplazmonsko aktivnostjo, ki so revolucionarno spremenili zaznavanje genetskega materiala na nanometrski skali itd.
Mentorice in mentorji:
dr. Vasyl Shvalya
Dr. Vasyl Shvalya (doktorat 2017) je znanstveni raziskovalec na IJS (F6 Plinska Elektronika) in tudi aktiven član Society of Electrochemists (ECS), Society of Nuclear and Plasma Sciences (NPPS) v IEEE, Micro&Nano Scientific Society. Področje znanstvenega delovanja...
dr. Janez Zavašnik
Janez Zavašnik je znanstveni sodelavec na Institutu "Jožef Stefan" (IJS), vodja skupne raziskovalne skupine z Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien in docent na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana. Njegovo glavno strokovno področje sta kristalografija...
prof. Samo Kralj
Samo Kralj je zaposlen kot redni profesor na Fakulteti za naravoslovje in matematiko (FNM) Univerze v Mariboru in na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana v Ljubljani. Na FNM je vodja laboratorija Fizika kompleksnih sistemov in Doktorskega študija fizike. V...
dr. Metka Benčina
Metka Benčina je zaposlena na Odseku za tehnologije površin (Institut Jožef Stefan) in v Laboratoriju za Fiziko (Fakulteta za elektrotehniko, Univerza v Ljubljani). Je prejemnica več državnih projektov (MIZŠ in ARIS) ter soavtorica dveh patentov na področju...
prof. Ita Junkar
Ita Junkar je po izobrazbi kemijska inženirka ter višja raziskovalka na Institutu "Jožef Stefan" in izredna profesorica na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana. Ima bogate izkušnje na področju inovacij, saj je avtorica 12 zaščitenih inovacij in imetnica 7...
prof. Miran Mozetič
Miran Mozetič sodi med najbolj inovativne slovenske znanstvenike, saj se ponaša z okoli 20 patenti, ki so bili podeljeni na Evropskem in/ali Ameriškem patentnem uradu. Je vodja raziskovalne skupine, ki redno sodeluje z domačo in tujo industrijo. Redno analizira...
prof. Gregor Primc
Gregor Primc je namestnik vodje odseka za tehnologijo površin na IJS. Pedagoško deluje na MPŠ, trženje inovativnih tehnologij pa opravlja odcepljeno podjetje Plasmadis d.o.o., katerega soustanovitelj, solastnik in dolgoletni direktor je. Sodeluje v akcijah IAEA...
prof. Uroš Cvelbar
Uroš Cvelbar je redni profesor in vodja Odseka za plinsko elektroniko (F6) na IJS ter predstojnik podiplomskega programa Nanoznanosti in nanotehnologije na Podiplomski šoli Jožefa Stefana. Honorarno je zaposlen kot profesor in predava predvsem na podiplomskih...
4. Kvantno računalništvo in informacije
Kvantni računalniki se razvijajo predvsem za reševanje tako imenovanih težko rešljivih problemov, ki ostajajo izven dosega običajnih računalnikov. Tipični problemi, primerni za kvantne računalnike, so kombinatorične optimizacije, fizikalne in kemijske simulacije, ki jih vodi večdelčna kvantna mehanika, ter strojno učenje z uporabo modelov nevronskih mrež. Čeprav obsežni kvantni računalniki, ki bi bili odporni na napake, še niso dostopni, lahko kvantni sistemi ponudijo druge prednosti, kot so natančnejši rezultati ali delovanje z manjšo porabo energije. Uspešne kandidatke in kandidati za podoktorski študij se bodo lahko spoprijeli z vznemirljivimi izzivi kvantnega računalništva in informacij s priključitvijo eni od naslednjih uveljavljenih skupin na IJS:
4.1 Kubitne platforme
V svetu se trenutno razvijajo različne platforme kvantnih računalnikov, kot so superprevodni kubiti, umetno ujeti ioni in kubiti v diamantu z dušikovimi vrzelmi (NV), topološki kubiti v sistemih z Majoraninimi fermioni in topološko zaščitene teksture, kubiti na principu jedrske magnetne resonance (NMR), fotonski kubiti itd. Raziskovalne smeri na IJS so naslednje:
- raziskovanje proizvodnje NV-centrov z ionsko implantacijo 15N za inženiring izoliranih kvantnih centrov v diamantih prek geometrijsko vnaprej določenih nanovzorcev;
- integracija enomolekularnih spinskih kubitov na površinah, ki vodijo do dolgih koherenčnih časov;
- raziskovanje magnetnih skyrmionov s topološkim nabojem s poudarkom na stiku različnih materialov in električnih poljih ali tokovih za preučevanje preklopa med različnimi kvantnimi in posledično logičnimi stanji.
Mentorice in mentorji:
prof. Matej Komelj
Matej Komelj je raziskovalec na Institutu Jožef Stefan, kjer se ukvarja z modeliranjem magnetnih materialov. Pri tem uvaja metode kvantnega računalništva, kot je t.i. variacijska kvantna diagonalizacija- VQE (variational quantum eigensolver). Tesno sodeluje tudi z...
dr. Marion van Midden Mavrič
Marion A. van Midden Mavrič je glavna raziskovalka v Laboratoriju za vrstično tipalno mikroskopijo na IJS, kjer ustanavlja svojo raziskovalno skupino. Njeno delo je osredotočeno na površine kvantnih materialov, pri čemer si prizadeva razumeti, kako interakcije na...
prof. Erik Zupanič
Erik Zupanič je docent na Univerzi v Ljubljani in Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana, vodja Laboratorija za tipano mikroskopijo ter višji raziskovalec v Laboratoriju za hladne atome na Institutu "Jožef Stefan". Njegovo delo vključuje načrtovanje vrhunskih...
prof. Primož Pelicon
Prof. Primož Pelicon je vodja Odseka za fiziko nizkih in srednjih energij na Institutu Jožef Stefan. Vso svojo raziskovalno kariero je namenil aplikacijam visokoenergijskih ionskih žarkov na elektrostatskih pospeševalnikih, njihovemu vzdrževanju, izgradnji žarkovnih...
4.2 Kvantni izračuni in simulacije
Razvoj kvantnega računalništva prek več tehnologij in platform je dosegel točko, ko je v prednosti pred klasičnimi računalniki v primeru reševanja posebej izbranega problema, kar imenujemo „kvantna prednost“. Naslednji korak je „praktična kvantna prednost“, pri kateri bodo kvantne naprave reševale praktične probleme, ki jih ni mogoče rešiti s klasičnimi superračunalniki. Številne najbolj obetavne kratkoročne aplikacije kvantnih računalnikov lahko označimo kot kvantno simulacijo – modeliranje kvantnih lastnosti mikroskopskih delcev. To je neposredno relevantno za sodobno znanost o materialih, kvantno kemijo in optimizacijo zdravil, pa tudi za fiziko visokih energij. Raziskovalne smeri na IJS so naslednje:
- izvajanje kvantnih simulacij na obstoječih namenskih analognih kvantnih simulatorjih in digitalnih napravah NISQ;
- proučevanje možne uporabe kvantnih in kvantnim podobnih algoritmov računalniškega modeliranja na področju biofarmacevtike s ciljem napredka pri modeliranju proteinov in mehanizmov njihovega zvijanja;
- izvajanje kvantnega računalništva v teoretičnih študijah hadronov, osnovanih na temeljnih teorijah kvantnega polja močnih in elektrošibkih interakcij, da bi poglobili razumevanje odnosa med delci in antidelci;
- uporaba algoritmov kvantnega računalništva pri eksperimentalnih problemih fizike delcev (npr. obsežne simulacije Monte Carlo);
- razvoj kinetične teorije kvantnega kaosa, ki bi bila uporabna za vsako šibko sklopitev v kvantni teoriji polja itd.
Mentorice in mentorji:
prof. Borut Kerševan
Borut Paul Kerševan se ukvarja z razvojem novih metod simulacije in analize podatkov v fiziki delcev. Sodeloval je pri več analizah za iskanje novih fizikalnih procesov na LHC v CERN-u ter pri razvoju orodij Monte Carlo in eksperimentalnih pristopov, ki so bile...
prof. Viktor Kabanov
Prof. dr. Viktor Kabanov strokovno področje: teorija kondenziranih snovi, teorija superprevodnosti in teorija naboja ter spinovih kinetičnih učinkov v kovinah in molekulskih polprevodnikih. Prof. dr. Viktor Kabanov ima več kot 35 let izkušenj na področju teorije...
dr. Jaka Vodeb
Jaka Vodeb je podoktorski raziskovalec na Forschungszentrum Jülich (FZJ) in strokovnjak na področju kvantnih simulacij. Na FZJ sodeluje pri vrhunskih raziskavah, ki povezujejo teoretične in eksperimentalne pristope k raziskovanju kvantnih sistemov. Dr. Vodeb sodeluje...
prof. Miha Ravnik
Miha Ravnik je znanstveni svetnik na IJS in redni profesor za fiziko na FMF UL. Na IJS je vodja raziskovalnega programa za Fiziko mehkih snovi, površin in nanostruktur, na FMF UL pa je vodja Skupine za fiziko mehkih in delno urejenih snovi, prodekan in namestnik...
prof. Luka Leskovec
Moje glavno raziskovalno področje so hadroni, sestavljeni delci, ki jih tvorijo kvarki in gluoni, njihovo medsebojno delovanje pa dirigira kvantna kromodinamika (QCD). Moji glavni interesi so hadroni in njihove lastnosti, kot so masa, širina razpadov, razvejitvena...
prof. Dragan Mihailović
Dragan Mihailović je profesor na Oddelku za fiziko Univerze v Ljubljani in vodja Odseka za kompleksne snovi na Institutu Jožef Stefan. Po študiju fizike na Oxfordu (MA in DPhil, Balliol) je opravljal številne častne funkcije in za svoje dosedanje delo prejel številna...
prof. Saša Prelovšek Komelj
Saša Prelovšek Komelj je redna profesorica za fiziko na FMF UL in znanstveni svetnik na IJS. Teoretično raziskuje stanja sestavljena iz kvarkov. Je pionirka ab-initio raziskav močnih interakcij v Sloveniji, kjer je ustanovila skupino za kvantno teorijo polja na mreži....
4.3 Kvantne informacije
Znanost o kvantnih informacijah zajema kvantno mehaniko, računalništvo, teorijo informacij, kriptografijo itd. Osredotoča se na pridobivanje informacij iz stanj kvantnih sistemov. Kvantno računalništvo te podatke obdeluje – izvaja logične operacije – z uporabo tehnik obdelave kvantnih informacij. Trenutno imajo vodilno vlogo v drugi kvantni revoluciji kvantne naprave srednje velikosti z veliko šuma. Obseg problemov, ki jih te naprave lahko rešujejo, je omejen predvsem z napakami, ki izvirajo iz šumov iz okolice ter intrinzične nepopolnosti procesorjev. Raziskovalne smeri na IJS so naslednje:
- proučevanje naprednih metod strojnega učenja v kontekstu obdelave kvantnih informacij, kot so metode za relacijsko učenje in napovedovanje več ciljev;
- proučevanje uporabe kvantnih nevronskih mrež pri strojnem učenju s poudarkom na uporabi metaučenja za določitev ustreznih arhitektur in vrednosti hiperparametrov za zagotavljanje dobre učinkovitosti učenja;
- razvijanje vrhunskih programskih orodij, ki bi zagotavljala prožnost pri določanju funkcije izgube pri razvijanju učinkovitih nastavkov kvantnih vezij;
- razvoj algoritmov kvantne kriptografije, ki bi zagotavljali neprimerljivo višjo raven varnosti z uporabo kvantnih ključev, ki jih teoretično ni mogoče neopazno prestreči ali dekodirati itd.
Mentorice in mentorji:
prof. Tome Eftimov
Tome Eftimov je raziskovalec na Oddelku za računalniške sisteme na JSI in docent za računalništvo na SEB UL, JSIPS in FCSE na Univerzi Sv. Cirila in Metoda v Skopju. Vodi raziskovalno skupino, osredotočeno na avtomatizirano strojno učenje in optimizacijo, ter je...
dr. Samed Bajrić
Samed Bajrić je strokovno-raziskovalni sodelavec v Laboratoriju za odprte sisteme in mreže na IJS, ter docent za področje Informatika na Poslovno-tehniški fakulteti na Univerzi v Novi Gorici. Njegovi glavni raziskovalni interesi zajemajo kriptologijo s posebnim...
prof. Ljupčo Todorovski
Ljupčo Todorovski je redni profesor računalniške matematike na Fakulteti za matematiko in fiziko (FMF) Univerze v Ljubljani ter znanstveni svetnik na Odseku za tehnologije znanja Instituta Jožef Stefan. Na FMF opravlja funkcijo predstojnika Oddelka za matematiko in...
prof. Matjaž Gams
Prof. dr. Matjaž Gams je redni profesor na področju računalništva in informatike ter vodilni raziskovalec na področju superintelligence. Samo o GPTjih je zadnje leto izvedel 10 vabljenih predavanj 3000 poslušalcem. Je član Inženirske akademije Slovenije, Evropske...