Doktorand:in (m/w/d) im Bereich Quantensensorik

Vielteilchen-verstärkte Quantensensorik — Quantenkontrolle wechselwirkender NV-Ensembles für hochempfindliche Magnetometrie

3. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart · IQST Graduate School @QuantumBW · in Kooperation mit der Advanced Quantum GmbH · Stuttgart

Ihre Stelle

Spindefekte wie das Stickstoff-Fehlstellen-Zentrum (NV-Zentrum) im Diamant gehören zu den empfindlichsten Magnetfeldsensoren, die bei Raumtemperatur arbeiten. In diesem auf vier Jahre angelegten Promotionsprojekt bringen Sie die Magnetometrie mit NV-Ensembles an ihre Grenzen, indem Sie die Vielteilchen-Wechselwirkungen eines dichten Spin-Ensembles — traditionell als störend betrachtet — als Ressource für die Sensorik nutzbar machen. Sie bauen ein frequenzabstimmbares AC-Magnetometer auf, entwickeln modernste sowie KI-gestützt entworfene Sequenzen zur dynamischen Entkopplung und nutzen Verschränkung und getriebene Vielteilchendynamik, um die Empfindlichkeit über das Standardquantenlimit hinaus zu steigern. Der resultierende Sensor wird sowohl gemeinsam mit unserem Industriepartner für industrielle AC/HF-Sensorik als auch für eine grundlagenphysikalische Suche nach axionartiger Dunkler Materie eingesetzt. Das Projekt wird von Prof. Dr. Jörg Wrachtrup und Dr. Jixing Zhang betreut und in enger Zusammenarbeit mit der Advanced Quantum GmbH durchgeführt.

Ihre zukünftigen Themenschwerpunkte auf einen Blick

• AC-Magnetometrie mit dichten NV-Ensembles mittels modernster und KI-gestützt entworfener Pulssequenzen zur dynamischen Entkopplung
• Vielteilchen-Quantensensorik: Spin-Squeezing, Verschränkung und Vielteilchen-Signalverstärkung jenseits des Standardquantenlimits
• Getriebene Vielteilchendynamik: Präthermalisierung, dynamisches Einfrieren und diskrete Zeitkristalle zur Verlängerung der kohärenten Abfragezeit
• Industrielle Anwendungen: AC/HF-Feldsensorik und zerstörungsfreie Wirbelstromprüfung gemeinsam mit der Advanced Quantum GmbH
• Grundlagenphysik: eine kernspin-unterstützte Suche nach ultraleichter, axionartiger Dunkler Materie

Ihr Profil

• Ein mit sehr guten Noten abgeschlossenes Masterstudium (oder gleichwertig) in Physik, Quantentechnologie oder einem eng verwandten Fach
• Fundierte Kenntnisse der Quantenmechanik sowie der Atom-, Optik- oder Festkörperphysik; Vorerfahrung in einem oder mehreren der Bereiche experimentelle Quantenoptik, magnetische Resonanz (NMR/ESR), Spin-Qubits bzw. NV-Zentren, Laser/Optik oder HF-/Mikrowellenelektronik ist von Vorteil
• Gute Programmierkenntnisse (z. B. Python); Interesse an numerischer Simulation und Machine-Learning-basiertem Pulsdesign ist willkommen
• Eine praktische, lösungsorientierte Arbeitsweise sowie die Fähigkeit, selbstständig und in einem interdisziplinären Team zu arbeiten
• Sehr gute Englischkenntnisse in Wort und Schrift; Deutschkenntnisse sind nicht erforderlich

Wir bieten Ihnen

• Ein hochaktuelles Forschungsthema an der Schnittstelle von Vielteilchenphysik, Quantensensorik und Grundlagenphysik in einer der weltweit führenden Gruppen für NV-Quantensensorik
• Eine echte Kooperation zwischen Wissenschaft und Industrie, einschließlich eines Forschungsaufenthalts (insgesamt mindestens drei Monate) bei der Advanced Quantum GmbH sowie Zugang zu industrieller Sensorhardware, Steuerungselektronik und Kalibrierinfrastruktur
• Strukturierte Weiterbildung, Retreats und Konferenzen im Rahmen der IQST Graduate School @QuantumBW sowie eine lebendige, internationale Gemeinschaft der Quantenwissenschaften
• Eine vollständig finanzierte Stelle für bis zu vier Jahre und die Möglichkeit zur Promotion an der Universität Stuttgart

Chancengleichheit an der Universität Stuttgart

Die Universität Stuttgart setzt sich für Chancengleichheit und Vielfalt ein. Wir fordern qualifizierte Frauen ausdrücklich zur Bewerbung auf. Schwerbehinderte Menschen werden bei gleicher Eignung vorrangig berücksichtigt.

Eckdaten

Stelle

Wissenschaftliche:r Mitarbeiter:in / Doktorand:in (m/w/d)

Beschäftigung

75% E13 TV-L, gefördert durch die IQST Graduate School @QuantumBW

Dauer: Bis zu 4 Jahre

Beginn: Ab sofort / nach Vereinbarung

Arbeitsort: 3. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, Stuttgart

Betreuung

Prof. Dr. Jörg Wrachtrup und Dr. Jixing Zhang

Industriepartner

Advanced Quantum GmbH (Dr. Matthias Widmann, CQO)

Bewerbungsfrist: Offen, bis die Stelle besetzt ist

Ihre Bewerbung

Bitte senden Sie Ihre Bewerbung als eine einzige PDF-Datei — bestehend aus einem Motivationsschreiben, einem Lebenslauf, Zeugnissen (Bachelor und Master) sowie den Kontaktdaten mindestens einer Referenzperson — an Dr. Jixing Zhang (jixing.zhang@pi3.uni-stuttgart.de). Es gibt keine feste Frist: Die Bewerbungen werden laufend gesichtet, bis die Stelle besetzt ist. Für informelle Rückfragen zum Projekt nutzen Sie bitte dieselben Adressen.