ERC Starting Grant. Persönliche Erfahrungen

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1 ERC Starting Grant Persönliche Erfahrungen Inhalt Die Idee und das Projekt Antragstellung und Interview Die Bewertung ERC Starting Grant Informationsveranstaltung Kaiserslautern, 16. August 2012 Artur Widera

2 Die Idee Das Projekt

3 Impact of Quantum Systems Quantum theory had impact on a huge range of modern applications: Communication Technologies Optical Technologies Information Technologies Quantum Coherences and Correlations result in novel capabilities of such applications: Communication Quantum- Metrology Information Processing Central goal: Understanding and Control of Quantum Many-Body Systems on a Microscopic Level Artur Widera ERC Starting Grant Interview Brussels, May 3rd

4 Neutral Atom Based Quantum Systems Top-Down Approach Bose-Einstein condensates in optical lattices Coherent interactions present Coherent single site manipulation challenging Artur Widera ERC Starting Grant Interview Brussels, May 3rd

5 Neutral Atom Based Quantum Systems Top-Down Approach Bottom-Up Approach Bose-Einstein condensates in optical lattices Coherent interactions present Coherent single site manipulation challenging Single ions, single neutral atoms, Coherent single site manipulation possible Coherent interactions of many particles challenging Artur Widera ERC Starting Grant Interview Brussels, May 3rd

6 The Idea QuantumProbe Controlled Immersion of Single Atoms in a Quantum Many-Body System: Scanning single atoms with coherent, non-destructive interactions Scanning Probe Microscope Quantum Non-Demolition Measurements Gleyzes et al., Nature 446, 297 (2007) Artur Widera ERC Starting Grant Interview Brussels, May 3rd

7 Tools of QuantumProbe Single Cesium Atoms Rubidium BEC in Optical Lattice Species Selective Potentials Rb-Cs Interaction Pilch et al., Phys. Rev. A 79, (2009). Two-body interaction well understood. Grimm, Julienne, Kokkelmans, priv. comm. Cf. LeBlanc & Thywissen, Phys. Rev. A 75, (2007) Catani et al., Phys. Rev. Lett. 103, (2009). Artur Widera ERC Starting Grant Interview Brussels, May 3rd

8 The Mechanism of QuantumProbe Timing Sequence Interaction Energy Phase Evolution Widera et al., Phys. Rev. Lett. 92, (2004) Artur Widera ERC Starting Grant Interview Brussels, May 3rd

9 Objectives and Goals Objective 1: Single Atoms interacting with a Quantum Gas Technological platform with impact beyond QuantumProbe Objective 2: QND Measurement of the Local Atom Number Going beyond state-of-the-art parity measurements Objective 3: Local Coherent Spin Flips Microscopic, coherent manipulation probe Main Goal: A Quantum Non-Demolition Microscope Local QND spin measurement in a quantum many-body system Local Quantum CNOT gate in a quantum many-body system Artur Widera ERC Starting Grant Interview Brussels, May 3rd

10 Beyond QuantumProbe Artur Widera ERC Starting Grant Interview Brussels, May 3rd

11 potential depth (µk) Preparatory Work Preparation Single Atom cooled by a Rb Gas position (µm) Cf. single ions in a BEC, Zipkes et al., Nature 464, 388 (2010) Schmid et al., Phys. Rev. Lett. 105, (2010). Artur Widera ERC Starting Grant Interview Brussels, May 3rd

12 Research Team Artur Widera ERC Starting Grant Interview Brussels, May 3rd

13 Team Leader Artur Widera Quantum Many-Body Systems: Rb BEC in Optical Lattices Diploma Group of T.W. Hänsch, Munich PhD Group of I. Bloch, Mainz Creation and detection of quantum correlations in a many-body system. Single Quantum Systems: Individual Cs Atoms in Optical Lattices Senior Scientist Group of D. Meschede, Bonn PI of an Independent NRW Young Researcher Group Precision preparation, manipulation and detection of single atoms for investigation of quantum phenomena. Controllable Impurities in a Quantum Gas Since 2010 Professor in Kaiserslautern Artur Widera ERC Starting Grant Interview Brussels, May 3rd

14 QuantumProbe Summary Devises a Quantum Non-Demolition Microscope Tackles the Challenges of Quantum Engineering Coherent Detection with High Resolution Coherent Manipulation with High Resolution Realizies Visions Beyond State-Of-The-Art Has Impact Beyond the 5-year Grant Period Artur Widera ERC Starting Grant Interview Brussels, May 3rd

15 Antragstellung und Interview

16 Der Antrag - Fakten Dauer des Schreibprozesses 7 Wochen: Vorbereitung Guidelines Vorgespräch mit dem EU- Referenten der TU KL Gesprächspartner EU-Referent der TU KL (Struktur des Antrags, Budget, Formalien) Ehem. Chef (Panelmember für Advanced Grant) Anzahl der Iterationen Part B1: 12 Versionen Part B2: 21 Versionen

17 Der Antrag Erfahrungen Empfehlungen z.t. diametral EU-Referent bzw. Wissenschaftler Der endgültige Antrag hatte nur Idee mit erster Version gemeinsam Einige Punkte muss die Universität regeln (Budget Details, schriftliches Statement) Besonderheiten des Budgets: Abschreibungsregeln

18 Das Interview - Ablauf Alles ist sehr professionell und bestens organisiert Ankunft und Eingangskontrolle Regeln der Formalitäten (Reisekosten, Handouts, Vortrag) Warten Interview

19 Das Interview Eindrücke Vorbereitung: Interview-Training In Brüssel: Kurze Vorbereitung durch EU Mitarbeiter Betreten des Raumes Panel hat viele Mitglieder manche Mitglieder können Überraschungen sein Kurze Begrüßung durch Panel Chair, dann sofortiger Start Zeit genau einhalten! Atmosphäre: Geschäftlich, sachlich

20 Das Interview Fragen Fragen: Hauptsächlich sachlich, d.h. hier Fragen zur Physik Nur wenige Panelmitglieder stellen Fragen Kritische Fragen kommen z.t. aus den Gutachten Die Schwachstellen des Antrages wurden genau gefunden

21 Die Bewertung

22 Die Bewertung Antwort nach vier Wochen (Interview 3. Mai, Ergebnis 8. Juni) Insgesamt neun (9) Gutachten für 2. Runde der Begutachtung Inhalt z.t. kritisch, keins vernichtend, Gutachten teils widersprüchlich Punkte für Principle Investigator (Insg. 4) und Research proposal (Insg. 4).

23 Viel Erfolg!!

24

25 State-Of-The-Art in Imaging Recent High-Resolution Fluorescence imaging Fluorescence imaging of 2D systems allows destructive, parity measurement with single-site resolution Spin flips with adiabatic passage and push out Sherson et al., Nature 467, 68 (2010), Weitenberg et al., Nature 471, 319 (2011). Bakr et al., Science 329, 547 (2010). Advantages of QuantumProbe Operation in a 3D system possible Detection goes beyond parity measurement Operation fully coherent, i.e. unitary and reversible

26 Scanning Probe Proposals Ion Based Approach Tools: Single Ions and Raman mediated Interactions Objectives: Exotic phases in 2D many-body systems, probing correlation functions of, e.g., s- and d-wave superconducting phases C. Kollath et al., PRA 76, (2007) Neutral Atom Based Approach Tools: Two many-body systems, species selective hexagonal lattices Objectives: Scalable quantum computing, coherent atom-based microscope K. Brickman Soderberg et al., NJP 11, (2009). A. Klinger et al., Rev. Sci. Instrum. 81, (2010)

27 Species-Selective Optical Lattices

28 Local Coherent Spin-Flips

29 Controlled NOT Operation CNOT-gate: Spin measurement

30 Workplan

31 Budget Category Total cost Personell 1,036 k Equipment, Consumables 382 k Others 56 k

32 Planned Setup

33 Ions in BEC Single Ions immersed in a BEC Single Yb + or Ba + ions immersed in Rb BEC Cooling of ion temperatures from RT to <1K BEC is heated out of trap Ions lost due to charge-exchange interactions Zipkes et al., Nature 464, 388 (2010) Schmid et al., Phys. Rev. Lett. 105, (2010). Advantages of QuantumProbe Interaction purely ground state (s-wave) collisions Thermalization with BEC (final temperature: Rb temperature) No effect on BEC measureable Charge exchange interactions absent Multi-tip (multi probe atoms) operation is possible

34 Single Atom Fluorescence

35 Temperature Measurement 1

36 Temperature Measurement 2

37 Typical Optical Table (1)

38 Typical Optical Table 2

39 Back-up slides Details of preliminary results All Figures of QuantumProbe Vacuum setup Picture of optical tables

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