Projekt

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Electronic and photonic quantum engineered systems

Gesuchsteller/in Zilberberg Oded
Nummer 163818
Förderungsinstrument SNF-Förderungsprofessuren
Forschungseinrichtung Institut für Theoretische Physik ETH Zürich
Hochschule ETH Zürich - ETHZ
Hauptdisziplin Theoretische Physik
Beginn/Ende 01.06.2016 - 31.05.2020
Bewilligter Betrag 1'527'715.00
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Alle Disziplinen (3)

Disziplin
Theoretische Physik
Physik der kondensierten Materie
Mikroelektronik, Optoelektronik

Keywords (11)

quantum measurement; (quasi-)disorder; quantum transport; optoelectronics; topological phases of matter; quantum engineering; parametric driving; light-matter interaction; open systems; amplifiers; sensors

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Elektronische und photonische kohärente QuantensystemeDie Forschung in der Quantenphysik hat in der vergangenen Dekade enorme Erfolge in der Kontrolle und der Manipulation von kohärenten Quantensystemen verzeichnet. Waren die aussergewöhnlichen Konzepte und Phänomene der Quantenphysik früher lediglich von theoretischem oder gar philosophischem Interesse, so ermöglichen die heute erzielten Fortschritte deren Nutzung in technologischen Bereichen. In unserer Forschung widmen wir uns der Entwicklung von Modellen, welche den experimentellen Nutzen und die praktische Anwendung von neuen Ideen im Grenzbereich der Festkörperphysik und der Quanten Optik aufzeigen sollen.
Lay summary

Diese Arbeiten gründen zumeist in künstlichen optischen oder elektronischen Bauelementen, deren Funktionalität durch die Regeln der Quantenphysik bestimmt werden und künftige Anwendungen im Gebiet der Sensorik und in der Informationsverarbeitung erbringen sollen. In der aktuellen Forschungslandschaft spielen dabei die Themen Topologie, die Nicht-Gleichgewichtsphysik, sowie Kontrollier- und Manipulierbarkeit derartiger Systeme eine wichtige Rolle.

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts

Mit unseren theoretischen Arbeiten zur Erforschung quantenkohärenter Systeme entwickeln wir neue  Modelle und finden neue physikalische Phänomene die in Experimenten realisiert und überprüft werden können. Dabei spielt das sich neu entwickelnde Gebiet des `Quantum Engineering’ eine zentrale Rolle. In unserer Forschung fokussieren wir uns auf i) die Funktionalität der Quantenmessung und deren Wirkung auf fundamentale Vielteilchen-Phänomene, ii) die Entwicklung von künstlichen Strukturen basierend auf Metamaterialien, welche topologische Eigenschaften aufzeigen die üblicherweise nur in höheren Dimensionen auftreten; in solchen Systemen wird die Existenz exotischer Anregungen erwartet, deren Eigenschaften im Quantenrechnen genutzt werden können, und iii) die Entwicklung neuartiger elektronischer Kavitäten mit langreichweitiger Kohärenz, welche zur Verknüpfung elektronischer Quantenbits genutzt werden können; erste Strukturen dieses Typ wurden kürzlich im Experiment realisiert.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Unsere Arbeit generiert neue und wichtige Einsichten über kohärente Quantensysteme, die für den Bau neuartiger Sensoren und für Anwendungen in der Informationsverarbeitung von zentraler Bedeutung sind. Gleichzeitig erwarten wir neue Erkenntnisse im Bereich der fundamentalen Physik, bis hin zur Demonstration neuer Phänomene, wie die Realisierung vier-dimensionaler topologischer Eigenschaften in komplexen Bauelementen. 

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 24.05.2016

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
Cavity-Mediated Coherent Coupling between Distant Quantum Dots
Nicolí Giorgio, Ferguson Michael Sven, Rössler Clemens, Wolfertz Alexander, Blatter Gianni, Ihn Thomas, Ensslin Klaus, Reichl Christian, Wegscheider Werner, Zilberberg Oded (2018), Cavity-Mediated Coherent Coupling between Distant Quantum Dots, in Physical Review Letters, 120(23), 236801-236801.
A parametric symmetry breaking transducer
Eichler Alexander, Heugel Toni L., Leuch Anina, Degen Christian L., Chitra R., Zilberberg Oded (2018), A parametric symmetry breaking transducer, in Applied Physics Letters, 112(23), 233105-233105.
Dissipation-Induced Anomalous Multicritical Phenomena
Soriente M., Donner T., Chitra R., Zilberberg O. (2018), Dissipation-Induced Anomalous Multicritical Phenomena, in Physical Review Letters, 120(18), 183603-183603.
Exploring 4D quantum Hall physics with a 2D topological charge pump
Lohse Michael, Schweizer Christian, Price Hannah M., Zilberberg Oded, Bloch Immanuel (2018), Exploring 4D quantum Hall physics with a 2D topological charge pump, in Nature, 553(7686), 55-58.
Photonic topological boundary pumping as a probe of 4D quantum Hall physics
Zilberberg Oded, Huang Sheng, Guglielmon Jonathan, Wang Mohan, Chen Kevin P., Kraus Yaacov E., Rechtsman Mikael C. (2018), Photonic topological boundary pumping as a probe of 4D quantum Hall physics, in Nature, 553(7686), 59-62.
Long-range spin coherence in a strongly coupled all-electronic dot-cavity system
Ferguson Michael Sven, Oehri David, Rössler Clemens, Ihn Thomas, Ensslin Klaus, Blatter Gianni, Zilberberg Oded (2017), Long-range spin coherence in a strongly coupled all-electronic dot-cavity system, in Physical Review B, 96(23), 235431-235431.
Parametric symmetry breaking in a nonlinear resonator
Leuch Anina, Papariello Luca, Zilberberg Oded, Degen Christian, Chitra Ramasubramanian, Eichler Alex (2016), Parametric symmetry breaking in a nonlinear resonator, in Physical Review Letters, 117, 214101.
Quasiperiodicity and topology transcend dimensions
Kraus Yaacov E., Zilberberg Oded (2016), Quasiperiodicity and topology transcend dimensions, in Nat Phys, 12(7), 624-626.
Synthetic dimensions in integrated photonics: From optical isolation to four-dimensional quantum Hall physics
Ozawa Tomoki, Price Hannah M., Goldman Nathan, Zilberberg Oded, Carusotto Iacopo (2016), Synthetic dimensions in integrated photonics: From optical isolation to four-dimensional quantum Hall physics, in Phys. Rev. A, 93(4), 043827.
Ultrasensitive hysteretic force sensing with parametric nonlinear oscillators
Papariello Luca, Zilberberg Oded, Eichler Alexander, Chitra R. (2016), Ultrasensitive hysteretic force sensing with parametric nonlinear oscillators, in Physical Review E, 94(2), 022201.

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Klaus Ensslin's Nanophysics group, ETH Zurich Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Mikael Rechtsman group Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
Gianni Blatter's Quantum Condensed and Coherent Systems group Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Austausch von Mitarbeitern
Immanuel Bloch's Quantum optics group Deutschland (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
Christian Degen's Spin physics and imaging group Schweiz (Europa)
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
Tilman Esslinger's Quantum Optics group, ETH Zurich Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Iacopo Carusotto, BEC center, Trento Italien (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten

Wissenschaftliche Veranstaltungen

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
CLEO 2017 Vortrag im Rahmen einer Tagung Topology in a synthetic dimension as a tool for non-reciprocal photonic transport 24.06.2017 Munich, Deutschland Zilberberg Oded;
QSIT Junior Meeting Vortrag im Rahmen einer Tagung Two methods for the analysis of the driven, dissipative Dicke model 12.06.2017 Passugg, Schweiz Soriente Matteo;
QFLM Vortrag im Rahmen einer Tagung Photonic and atomic topological pumps (dynamical quantum Hall effect in 2 and 4 dimensions) 08.05.2017 Cargese, Frankreich Zilberberg Oded;
PSI condensed matter seminar Einzelvortrag Parametric phases and sensors 24.04.2017 PSI, Schweiz Zilberberg Oded;
Bloch group seminar Einzelvortrag Topological pumps and topological quasicrystals 01.03.2017 Munich, Deutschland Zilberberg Oded;
QSIT general meeting Vortrag im Rahmen einer Tagung Electronic, atomic, and photonic QUantum Engineered SysTems 01.02.2017 Arosa, Schweiz Zilberberg Oded;
QSIT General meeting Poster Scanning tunneling microscopy of a quantum wire out of equilibrium 01.02.2017 Arosa, Schweiz Strkalj Antonio;
Condensed matter seminar Einzelvortrag Measurement backaction on virtual transport 23.01.2017 Karlsruhe, Deutschland Zilberberg Oded;
Parametric phenomena workshop Vortrag im Rahmen einer Tagung Parametric nonlinear resonators 11.01.2017 Zurich, Schweiz Zilberberg Oded;
Topological metamaterials and beyond, Aspen Winter conference Vortrag im Rahmen einer Tagung Driven-dissipative topological photonics 02.01.2017 Aspen, Vereinigte Staaten von Amerika Zilberberg Oded;
ETHZ visit of Weizmann and HUJI workshop Vortrag im Rahmen einer Tagung Parametric phases of light-matter systems 20.11.2016 Rehovot, Israel Zilberberg Oded;
AMOP seminar Einzelvortrag Topological pumps and topological quasicrystals 07.11.2016 Cambridge, Grossbritannien und Nordirland Zilberberg Oded;
Theory colloquium Einzelvortrag Topological pumps and synthetic dimensions 05.11.2016 Konstanz, Deutschland Zilberberg Oded;
ICPS2016, Beijing China Vortrag im Rahmen einer Tagung Spin-coherent electronic cavities as a long-range spin-qubits coupler 31.07.2016 Beijing, China Zilberberg Oded;
ICPS2016, Beijing China Poster Quantum measurement backaction on virtual transport through stacked graphene quantum dots 31.07.2016 Beijing, China Zilberberg Oded;


Selber organisiert

Titel Datum Ort
Workshop 20.09.2017 ETH Zurich, Schweiz
Parametric phenomena workshop 11.01.2017 ETH Zurich, Schweiz

Kommunikation mit der Öffentlichkeit

Kommunikation Titel Medien Ort Jahr
Medienarbeit: Printmedien, Online-Medien A look into the fourth dimension ETH Zurich news Deutschschweiz International 2018
Medienarbeit: Printmedien, Online-Medien Beauty comes in many shapes ETH news International 2016
Medienarbeit: Printmedien, Online-Medien Measuring forces with oscillations ETH news International 2016

Abstract

In the past decade, there has been rapid development in control and manipulation of coherent quantum systems. These advances allow for the study and utilization of coherent quantum phenomena, as well as, the exploration of quantum mechanical concepts that were formerly of purely theoretical interest in realistic many-body setups. My research involves developing models that facilitate demonstration of contemporary condensed matter ideas in experiments, and their potential applications. Specifically, my principal fields of interest are quantum transport in mesoscopic systems and manifestations of exotic material properties in quantum engineered systems, with all the associated modern ramifications such as topology, out-of-equilibrium, coherent many-body interplay, and consequences for fundamental physics and device applications.
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