Zwei ERC Starting Grants für IST Austria Professoren

Utl.: Johannes Fink und Maximilian Jösch erhalten renommierte ERC
Grants – Projekte zu Quantennetzwerken und den neuronalen
Mechanismen der Aufmerksamkeit gefördert =

Klosterneuburg (OTS) - Johannes Fink und Maximilian Jösch, beide
Assistant Professoren am Institute of Science and Technology Austria
(IST Austria), wurden Starting Grants des European Research Councils
(ERC) zuerkannt. Dies erhöht die Zahl an ProfessorInnen am IST
Austria, die eine renommierte Förderung des ERC erhalten haben, auf
31. Mit dieser Förderung wird Johannes Fink, ein
Experimentalphysiker, eine Schnittstelle für ein
Glasfaser-Quantennetzwerk entwickeln, während Maximilian Jösch, ein
Neurowissenschaftler, die neuronalen Mechanismen, die für
Aufmerksamkeit benötigt werden, untersuchen wird.

Maximilian Jösch – Neuronale Basis der Aufmerksamkeit

Ständig strömt Information auf uns ein. Damit wir mit all den neuen
Bildern, Gerüchen und Geräuschen zurechtkommen, hat sich bei uns und
anderen Tieren die Aufmerksamkeit entwickelt: die Fähigkeit, uns auf
eine Sache zu konzentrieren, wie diesen Text zu lesen, während wir
andere Dinge ignorieren, etwa das Blinken, das uns auf die neueste
SMS aufmerksam machen möchte. Erkrankungen, die unsere Aufmerksamkeit
beeinträchtigen, sind eine Sorge für die öffentliche Gesundheit.
Aufmerksamkeitsstörungen, wie ADHS und Autismus-Spektrum-Störung,
betreffen rund 5% der Kinder weltweit. Wissenschaftler wissen bisher
nicht genau, welche Mechanismen das Nervensystem für die
Aufmerksamkeit verwendet.

In diesem Projekt werden Maximilian Jösch und sein Team den Rahmen
schaffen, um die Aufmerksamkeit in Gesundheit und Krankheit zu
erforschen. Sie untersuchen dafür die Colliculi superiores von
Mäusen. Diese Gehirnregion ist bei Wirbeltieren evolutionär
konserviert und bekannt für ihre Rolle sowohl bei der Aufmerksamkeit
und als auch bei der Umwandlung von sensorischen Reizen in
zielgerichtete Bewegungen, der sogenannten sensomotorischen
Transformation. Das Team nutzt moderne genetische Werkzeuge, mit
denen das Mäusegehirn untersucht werden kann. So können sie die
Aktivität von Tausenden Neuronen überwachen und gleichzeitig das
Verhalten des Tieres beobachten. Das ermöglicht den ForscherInnen ein
Verständnis der neuronalen Mechanismen, die an der sensomotorischen
Transformation beteiligt sind. Ihr Fokus liegt dabei auf der
visuellen Information und darauf, wie visuelle Szenen, die eine Maus
sieht, von den Colliculi superiores repräsentiert und moduliert
werden. Wenn wir zum Beispiel durch einen Wald laufen, muss unser
Gehirn ständig Information verarbeiten, um den Abstand zum nächsten
Ast oder zur nächsten Wurzel zu berechnen, damit wir nicht darüber
stolpern. Sobald die Berechnung beendet ist, muss das Gehirn den
Bewegungsapparat informieren, damit es die entsprechenden Muskeln
richtig aktiviert. Die Fähigkeit, in einer natürlichen Welt voller
Information, die für eine Aufgabe irrelevant ist, dem relevanten
Objekt Beachtung zu schenken, ist eine nicht-triviale Aufgabe. Diese
Studien ermöglichen es Maximilian Jösch, die neuronalen Mechanismen
zu charakterisieren, die solchen Aufmerksamkeits- und zielgerichteten
Verhalten zu Grunde liegen. Außerdem ermöglichen diese Studien ein
Verständnis der gehirnweiten Modulationen, die diese Berechnungen je
nach dem momentanen Bedürfnis des Tiers verändern.

2009 erhielt Maximilian Jösch sein Doktorat vom Max-Planck-Institut
für Neurobiologie und von der Ludwig-Maximilians-Universität München.
Er arbeitete dann als Postdoctoral Fellow am Max-Planck-Institut für
Neurobiologie, Martinsried. Ab 2010 war Jösch Postdoctoral Fellow an
der Harvard University in der Gruppe von Markus Meister. Maximilian
Jösch kam Anfang 2017 als Assistant Professor an das IST Austria.

Johannes Fink – Eine Brücke zwischen Quantennetzwerken und
Quantenrechnen

Supraleitende Quantenprozessoren sollen bald dabei helfen, komplexe
Fragen schneller zu lösen. Ein logischer nächster Schritt in der
Quantenrechnung ist, diese Prozessoren in einem Quantennetz zu
verbinden – ähnlich wie herkömmliche PCs durch das Internet
miteinander verbunden sind. Eine, bis jetzt noch hypothetische,
Möglichkeit dabei ist, die existierende Glasfaser-Infrastruktur für
ein Quantennetzwerk zu nutzen. Die Forschung zur Entwicklung von
on-chip Quantengeräten schritt aber großteils unabhängig von der
Forschung an großskaligen Netzwerken voran. Fortschritte in diesen
beiden Gebieten sind oft nicht miteinander kompatibel. Im vom ERC
geförderten Projekt wird Johannes Fink einen Glasfaser
Sender-Empfänger, oder Transceiver, entwickeln, der eine Verbindung
von supraleitenden Quantenprozessoren ermöglicht.

Supraleitende qubits und einzelne Mikrowellen-Photonen, sind die
„Bits“ der supraleitenden Quantenprozessoren. Sie ermöglichen eine
schnelle Verarbeitung, sind aber anfällig für Störungen, thermisches
Rauschen und Verluste. Das schränkt die Einsatzmöglichkeiten von
Qubits in der Quantenkommunikation ein. Mit Qubits arbeitende
supraleitende Quantenprozessoren müssen annähernd bis auf den
absoluten Nullpunkt gekühlt werden, damit sie funktionieren. Das
Verschicken von Qubits zwischen solchen Prozessoren über eine
Verbindung, die Raumtemperatur besitzt, ist bis jetzt nicht möglich
gewesen.

Fink wird in dem vom ERC geförderten Projekt eine Brücke zwischen den
Welten der Quantennetzwerke und der Quantenrechnung schlagen. Er
möchte mit Silizium-Photonik einen Transducer für verlustarme
Glasfaserkommunikation bauen, und diesen mit supraleitenden
Schaltkreisen für die Quanteninformationsverarbeitung integrieren.
Indem er Silizium-Photonik und supraleitende Schaltkreise integriert,
möchte Fink einen verlustarmen Transceiver mit hoher Bandbreite
verwirklichen und die Reichweite aktueller Glasfaser-Quantennetzwerke
vergrößern.

Johannes Fink erhielt 2010 sein Doktorat in Physik von der ETH
Zürich, Schweiz. Nach einem Jahr als Postdoctoral Researcher am ETH
Zürich ging Fink an das California Institute of Technology, USA. Am
Caltech arbeitete Fink von 2012-2015 als IQIM Postdoctoral Research
Scholar, und von 2015-2016 als Senior Staff Scientist. Fink kam 2016
als Assistant Professor an das IST Austria.

IST Austria

Das Institute of Science and Technology (IST Austria) in
Klosterneuburg ist ein Forschungsinstitut mit eigenem
Promotionsrecht. Das 2009 eröffnete Institut widmet sich der
Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften, Mathematik und
Computerwissenschaften. Das Institut beschäftigt ProfessorInnen nach
einem Tenure-Track-Modell und Post-DoktorandInnen sowie PhD
StudentInnen in einer internationalen Graduate School. Neben dem
Bekenntnis zum Prinzip der Grundlagenforschung, die rein durch
wissenschaftliche Neugier getrieben wird, hält das Institut die
Rechte an allen resultierenden Entdeckungen und fördert deren
Verwertung. Der erste Präsident ist Thomas Henzinger, ein
renommierter Computerwissenschaftler und vormals Professor an der
University of California in Berkeley, USA, und der EPFL in Lausanne,
Schweiz. www.ist.ac.at

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