IST Austria – Ein Ort des Wachstums

Mit der Aufnahme von vier neuen Professoren im Jahr 2019 ist die Zahl der Forschungsgruppen am IST Austria auf 53 gestiegen. Im Sinne einer für das Institut typischen von Neugier getriebenen Grundlagenforschung befassen sich die Professoren Mario de Bono (Neurowissenschaften), Andrew Higginbotham und Scott Waitukaitis (Physik) sowie Marco Mondelli (Informatik) mit verschiedenen interdisziplinären Themen, darunter neuronale Schaltkreise, maschinelles Lernen, komplexe Materialwissenschaften und Quantencomputing.

Mit dem Eintritt neuer Gruppenleiter erweitert sich auch die Vielfalt der Forschungsthemen am IST Austria: 2019 stießen der Neurobiologe Mario de Bono, der Quantenphysiker Andrew Higginbotham, der Soft Matter-Physiker Scott Waitukaitis und der Datenwissenschafter Marco Mondelli zum Institut dazu. Damit ist die Gesamtzahl der Forschungsgruppen am IST Austria auf 53 angestiegen.

Mario de Bono: Gene, neuronale Netze und Verhalten

Neuronen sind hochspezialisierte Zellen und viele grundlegende Fragen zu ihrer Organisation, Funktion und Plastizität sind nach wie vor unbeantwortet. Die Forschungsgruppe um Mario de Bono, der im März 2019 ans IST Austria kam, erforscht molekulare Mechanismen, die dabei helfen, die Funktion von Neuronen und neuronalen Netzen zu verstehen. Die Gruppe führt viele ihrer Studien am Modellorganismus Caenorhabditis elegans durch. Bei diesem Tier kann jedes Neuron in vivo identifiziert, selektiv mit Transgenen manipuliert und seine Aktivität mit Hilfe genetisch codierter Sensoren ausgelesen werden. Mithilfe moderner Methoden und Hilfsmittel der Genetik und Genomik kann die Gruppe Profile einzelner Neuronen erstellen.

Durch die Kombination genetischer mit biochemischen Methoden versucht die Forschungsgruppe Erkenntnisse über neurologische Prozesse und molekulare Mechanismen zu gewinnen, welche normalerweise von C. elegans bis zum Menschen erhalten bleiben. 

Mario de Bono promovierte in Biologe an der Universität von Cambridge in Großbritannien und arbeitete als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Howard Hughes Medical Institute, UCSF, San Francisco in den USA. Bevor er ans IST Austria kam, war er 20 Jahre lang Gruppenleiter am MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge, Großbritannien.

Andrew Higginbotham: Kondensierte Materie und Quantenschaltungen

Quantensysteme sind fragil. Interessantes und nützliches Quantenverhalten wird typischerweise von Umgebungsrauschen zunichte gemacht, was uns wieder auf das klassische System zurückwirft. Andrew Higginbotham kam im März 2019 als Assistant Professor ans IST Austria, um Schaltkreise zu bauen, die Ausnahmen von dieser allgemeinen Regel darstellen. Ziel ist es, die Eigenschaften von Quantensystemen zu verstehen, die von Natur aus rauschresistent sind, um in Zukunft quantenbasierte Informationsverarbeitungstechnologien entwickeln zu können.

Higginbothams Gruppe erforscht experimentell die Beziehung zwischen Systemen kondensierter Materie und Informationsverarbeitung. Die Gruppe baut Apparate mit topologischen Supraleitern, Quantenpunkten und quantenkritischer Materie und versucht, ihr Verhalten mittels elektrischem Transport, supraleitenden Mikrowellenschaltungen und elektromechanischen Oszillatoren zu verstehen. Die zentrale Idee ihres Ansatzes ist, dass der Bau von rudimentären Informationsverarbeitungsgeräten uns sowohl die Physik dieser interessanten Systeme lehrt, als auch Technologien wie das Quantencomputing vorantreibt.

Andrew Higginbotham promovierte in Physik an der Harvard University in den USA und arbeitete als Postdoc an der University of Colorado in Boulder, USA. Bevor er ans IST Austria kam, war er Forscher und Gruppenleiter bei Microsoft Station Q in Kopenhagen, Dänemark.

Scott Waitukaitis: Weiche und komplexe Materialien

Der Experimentalphysiker Scott Waitukaitis, der im Juli 2019 ans IST Austria kam, baut eine hoch interdisziplinäre Forschungsgruppe im Bereich Soft Matter-Physik auf. Die Arbeit seiner Gruppe konzentriert sich auf komplexe Phänomene, die durch exotische Wechselwirkungen zwischen Flüssigkeiten und Feststoffen entstehen. Ein unerwartetes Beispiel ist das Phänomen der „triboelektrischen Ladung“ – dem Austausch von elektrischer Ladung zwischen Objekten während sie einander berühren. Obwohl jeder, der schon einmal einen elektrischen Schock von einer Türklinke erhalten hat, dieses Phänomen kennt, ist der zugrunde liegende Mechanismus kaum verstanden, doch die jüngsten Ergebnisse legen nahe, dass adsorbierte Monoschichten aus Wasser beteiligt sein könnten.

Die Waitukaitis-Gruppe interessiert sich für die nicht-Newtonsche Dynamik, die entsteht, wenn kolloidale Feststoffpartikel in Flüssigkeiten schweben. Das wohl bekannteste Beispiel ist eine dichte Mischung von Maisstärkepartikeln in Wasser, die sich flüssigkeitsähnlich verhält, wenn man sie sanft bewegt, aber wie ein Feststoff, wenn man sie kräftig rührt. Langfristiges Ziel von Waitukaitis ist es, den Fluss dieser Materialien vor Ort zu kontrollieren und so „Metafluide“ zu erzeugen.   

Scott Waitukaitis promovierte in Physik an der Universität von Chicago in den USA. Vor seinem Eintritt am IST Austria war er als Postdoctoral Fellow an der Universität Leiden und am AMOLF in den Niederlanden tätig.

Marco Mondelli: Data Science, Machine Learning und Informationstheorie

Wir befinden uns inmitten einer Revolution der Informationstechnologie, in der Daten die wichtigste Ware darstellen. Angesichts der wachsenden Zahl großer und komplexer Informationssysteme besteht die Notwendigkeit „Big Data“ auf effektive Weise zu analysieren, um daraus Schlussfolgerungen für zukünftige Anwendungen abzuleiten. Darüber hinaus erstrecken sich Analyse- und Inferenzprobleme in der Regel über verschiedene Bereiche und treten häufig in einer Vielzahl von Anwendungen im Bereich der Ingenieurs- und Naturwissenschaften auf. Marco Mondelli kam im September 2019 als Assistant Professor zum IST Austria, um nach neuen Wegen zu suchen, die auf modernen und zukunftsträchtigen Technologien basierende explodierende Anzahl von Datensätzen zu analysieren. Die um Mondelli-Gruppe wird sich insbesondere der drahtlosen Kommunikation und maschinellem Lernen widmen, um neue, optimierte Möglichkeiten zum Senden von Informationen zu schaffen.

Mondellis Forschung geht weit über die reine Datenwissenschaft hinaus, indem sie viele andere Disziplinen und aufkommende Technologien berührt, die heutzutage alle auf effektive Maßnahmen zur Analyse und Extraktion von Informationen aus komplexen Datensätzen angewiesen sind.

Marco Mondelli promovierte in Computer- und Kommunikationswissenschaften an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz. Bevor er ans IST Austria kam, forschte er als Postdoc an der Stanford University, USA.