Zehn Projekte ausgezeichnet

Einer der Forschungsschwerpunkte von Paolo Crivelli ist die Physik exotischer Atome, die vollst?ndig aus Antimaterie wie Antiwasserstoff oder aus Positronium (Elektron-Positron) und Myonium (Elektron-Anti-Myon) bestehen. Diese Systeme erlauben es, das Standardmodell der Teilchenphysik erg?nzend zu Hochenergie-Experimenten zu testen. Ein genauer Vergleich der Materie-Antimaterie-Systeme k?nnte die beobachtete Asymmetrie in unserem Universum erkl?ren. Ziel von Crivellis ERC-Projekts ist es, die Natur von Myonen und Myonium in einer bisher unerreichten Genauigkeit zu erforschen. Dies k?nnte den Schl¨¹ssel zur Beantwortung grundlegender Fragen liefern, wie etwa weshalb die Materie das Universum dominiert. Das Experiment wird an der weltweit st?rksten kontinuierlichen Myonenquelle am Paul Scherrer Institut durchgef¨¹hrt.

Seit Langem l?sst sich ¨¹ber die Messung von elektrischen Str?men feststellen, ob sich Ladungen in einem leitenden Material bewegen. Damit lassen sich allerdings keine r?umlichen Informationen zum Ladungstransport gewinnen. Der Physiker Christian Degen m?chte eine neue Technik entwickeln, mit der dieser Ladungstransport auf der Nanoskala beobachtet und abgebildet werden kann. Dies soll ¨¹ber eine Weiterentwicklung der von ihm entwickelten Diamantmagnetometrie geschehen. Die neue Mikroskopietechnik k?nnte Anwendung finden in der Festk?rperphysik, den Materialwissenschaften und der Elektrotechnik, zum Beispiel zur Erforschung von neuartigen zweidimensionalen Materialien.

Jonathan Home wird in seinem ERC-Projekt eine neue Methode untersuchen, mit der Ionenfallen-Quantencomputer und -Simulatoren skaliert werden k?nnen. Bei der neuen Methode werden geladene Atome aneinandergereiht, die in sogenannten Penning-Fallen festgehalten werden. Penning-Fallen kombinieren elektrostatische Felder mit einem homogenen Magnetfeld, um geladene Atome einzufangen. Der neue Ansatz stellt eine Alternative zu den heutigen, in f¨¹hrenden Quantencomputerexperimenten eingesetzten Methoden dar, bei denen die Ionen mittels Hochfrequenzstrahlung gefangen und gespeichert werden. Mit der neuen Methode soll es m?glich werden, einfacher zweidimensionale, skalierbare Quantensysteme zu erzeugen, sodass h?here Ionendichten erreicht und verschiedene Gittergeometrien f¨¹r Quantensimulationen realisiert werden k?nnen.

Im Zuge der Digitalisierung unterst¨¹tzen lernende Systeme zunehmend Entscheidungen. Solche lernenden Systeme erforscht Informatikprofessor Andreas Krause. In seinem ERC-Projekt will er neue ?Reinforcement Learning?-Verfahren mit einer bisher unerreichten Zuverl?ssigkeit entwickeln. Der Ansatz verkn¨¹pft moderne Resultate des maschinellen Lernens mit Techniken der robusten Optimierung und effizienten Algorithmen. Sorgf?ltige Modellierung der Unsicherheit erm?glicht es, vorsichtig zu agieren, aber dennoch mit zunehmenden Daten bessere Entscheidungen zu treffen. Die Lernverfahren haben vielf?ltige potenzielle Einsatzm?glichkeiten von der Robotik bis hin zu medizinischen, industriellen und wissenschaftlichen Anwendungen.

Der Chemiker Maksym Kovalenko erforscht Metallhalogenide, welche mit Strom oder durch optische Anregung zum Leuchten gebracht werden k?nnen. In seinem ERC-Projekt nutzt er Chemieingenieur-Ans?tze, um die optischen Eigenschaften dieser Materialien zu ver?ndern. Das Ziel ist, ungiftige Lichtquellen f¨¹r eine grosse Reihe von Anwendungen zu entwickeln, unter anderem als Nanokristalle, d¨¹nne Filme und Verbundwerkstoffe. Diese k?nnten in Bildschirmen, Solarzellen, Bilddetektoren und Messger?ten f¨¹r Radioaktivit?t zum Einsatz kommen oder f¨¹r zuk¨¹nftige Quantenkommunikationstechnologien.

Christoph M¨¹ller entwickelt neuartige Katalysatoren und Materialien f¨¹r die CO₂-Abscheidung. Mit seinem ERC-Grant will er die F?higkeit von Erdalkalimetalloxiden verbessern, CO₂ mit einer hohen Rate und Kapazit?t abzutrennen und ¨¹ber viele Zyklen zu regenerieren. M¨¹llers Gruppe wird hierzu Modellsysteme herstellen und deren Struktur und Oberfl?chenchemie im Detail charakterisieren. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen es erm?glichen, verbesserte CO₂-Absorber herzustellen mit dem Ziel, die Kosten der CO₂-Abscheidung zu senken.

Nicolas Noiray forscht in den Bereichen Str?mungsmechanik f¨¹r Anwendungen in der Energieerzeugung und Luftfahrt. Im Rahmen seines ERC-Projekts m?chte er neue passive und aktive Regelungstechnologien entwickeln, um sch?dliche thermoakustische Instabilit?ten in zuk¨¹nftigen Gasturbinen-Brennkammern zu vermeiden. Dies soll einerseits durch die Entwicklung von Metamaterialien geschehen, die ¨¹ber eine breitbandige akustische D?mpfung unter den anspruchsvollen Betriebsbedingungen verf¨¹gen. Andererseits soll durch die Anwendung von Plasma die Selbstz¨¹ndung verbessert werden. Diese grossen Gasturbinenkraftwerke produzieren mehrere hundert Megawatt elektrische Leistung. Die spezielle Brennkammerarchitektur erm?glicht die Verbrennung von Wasserstoff aus Power-to-Gas-Technologien, die in zuk¨¹nftigen nachhaltigen Energienetzwerken eingesetzt werden k?nnten.

David Steurer ist Professor f¨¹r Theoretische Informatik. In seiner Forschung besch?ftigt er sich mit Algorithmen f¨¹r komplexe Optimierungs- und Sch?tzprobleme, wie sie zum Beispiel im maschinellen Lernen auftreten. F¨¹r viele dieser Probleme weiss man heute nicht, wie man sie effizient l?sen kann, also so, dass der Zeitaufwand verh?ltnism?ssig zur Problemgr?sse ist. In seinem ERC-Projekt m?chte er eine algorithmische Methode entwickeln, die eine effiziente L?sung garantiert, wann immer dies m?glich ist, und deren Effizienz damit optimal ist. Das gew¨¹nschte Ergebnis ist eine einheitliche Theorie, die f¨¹r m?glichst viele Optimierungs- und Sch?tzprobleme angeben kann, ob sie effizient l?sbar sind oder nicht.

Mehmet Fatih Yanik interessiert sich f¨¹r das Gehirn und wie Hirn-Computer-Schnittstellen helfen, psychiatrische und neurologische St?rungen zu behandeln. In seinem ERC-Projekt will er Hirnaktivit?tsmuster besser verstehen und mit minimal-invasiven Hirn-Computer-Schnittstellen und pr?ziser Wirkstoffgabe korrigieren. Die meisten Hirnerkrankungen wie etwa Schizophrenie, Epilepsie, Depression oder chronische Angst sind heute nur unzureichend behandelbar. Yanik und sein Team wollen nun die Technologien entwickeln, um die komplexe Funktionsweise des Gehirns pr?zise zu messen und zu manipulieren und hoffen damit bessere Therapieans?tze f¨¹r Hirnerkrankungen zu schaffen.

Bei vielen Entscheidungsproblemen liegen nur unvollst?ndige Informationen vor, und es kommen laufend neue Informationen und Sch?tzungen ¨¹ber die Zukunft dazu ¨C man spricht von Online-Optimierungen. Die Entscheidungen von Wasserkraftwerkbetreibern, wann es sich f¨¹r sie wirtschaftlich lohnt, Strom zu produzieren, sind ein Beispiel hierf¨¹r. Bei solchen komplexen Problemen ist es oft nicht m?glich, die beste L?sung in vern¨¹nftiger Zeit zu finden. Deshalb entwickelt der Mathematiker Rico Zenklusen in seinem ERC-Projekt automatisierte Methoden mit neuartigen Algorithmen. Die Ergebnisse sollen grundlegende Fragen der Optimierung beantworten, die f¨¹r die angewandte Mathematik und f¨¹r die theoretische Informatik relevant sind. Ausserdem untersucht er Probleme, f¨¹r die nur ganzzahlige L?sungen in Frage kommen, wie St¨¹ckzahlen in der Produktion.