Designing for a sustainable future using quantum technologies
12 Ŕ¶Ý®ĘÓƵ students and postdoctoral fellows receive up to $10,000 in funding to develop their green-tech solutions
On April 18, Transformative Quantum Technologies (TQT) awarded six research teams and their design ideas for the Quantum for Environment (Q4Environment) Design Challenge, whose green-tech solutions address global environmental issues. Ideas included using quantum computing to improve medical devices, and sensors that can detect microplastics and toxic nanomaterials in our oceans.Â
TQT and the Institute for Quantum Computing (IQC) aims to engineer quantum processes to advance new solutions to societally important problems. Quantum theory is the ultimate law of nature. At its most fundamental level, nature is governed by quantum physics. So, it is natural to look for quantum solutions when efficiencies, precision and sensitivity beyond what the classical world allows are required. Â
However, a big inventive step is needed since we as classical beings experience the world through a classical lens. Creativity is essential to discover where a quantum device can have impact. To help mine for such impacts, TQT has run a series of focused design challenges, reaching out to the broad Ŕ¶Ý®ĘÓƵ community to solicit ideas for quantum-enabled solutions. The past design challenge explored Quantum for Health.Â
“There's a lot of applications when it comes to quantum. In general, I think there’s a very good opportunity for interdisciplinary research between quantum and energy research,” says Miswar Syed, a master’s student in the Faculty of Engineering, who participated in the Q4Environment Design Challenge with his research partner, Amirhossein Boreiri.Â
Read the entire story, including the announcement of winners on Ŕ¶Ý®ĘÓƵ News.
La conception au service du développement durable grâce aux technologies quantiques
Douze Ă©tudiants et stagiaires postdoctoraux de Ŕ¶Ý®ĘÓƵ dĂ©crochent des subventions montant Ă 10 000 $ pour dĂ©velopper leurs solutions technologiques Ă©cologiques
Le 18 avril, l’initiative Transformative Quantum Technologies (TQT) a récompensé six équipes de recherche pour leurs idées au concours de conception Quantum for Environment (Q4Environment), qui promeut les solutions technologiques s’attaquant aux grands enjeux environnementaux de ce monde. C’est tout un éventail d’idées qui auront été soumises, de l’informatique quantique dans les appareils médicaux aux détecteurs de microplastiques et de nanomatériaux toxiques dans les océans.
L’initiative TQT et l’Institut d’informatique quantique (IQC) cherchent à élaborer des processus quantiques qui apporteront de nouvelles solutions aux grands problèmes de notre société. La théorie quantique est la loi naturelle ultime : sur le plan fondamental, la nature est gouvernée par la physique quantique. Il est donc tout aussi naturel de se tourner vers cette science lorsqu’il faut des solutions plus efficaces, plus précises, plus réactives que ce qui est possible dans le monde classique.
Cela dit, il faut dĂ©ployer des trĂ©sors d’inventivitĂ© pour ce faire, car nous sommes des ĂŞtres de ce monde classique qui voyons les choses Ă travers un prisme classique. La crĂ©ativitĂ© est donc une qualitĂ© essentielle pour dĂ©couvrir oĂą mettre Ă profit la physique quantique. Afin de brasser un maximum d’idĂ©es, l’initiative TQT s’est lancĂ©e dans une sĂ©rie de concours de conception thĂ©matiques pour solliciter des solutions quantiques auprès de la grande communautĂ© de Ŕ¶Ý®ĘÓƵ. Son prĂ©cĂ©dent concours, Quantum for Health, s’intĂ©ressait aux usages de la science quantique dans le domaine de la santĂ©.
« La physique quantique se prête à des quantités d’applications. En général, je crois qu’il y a des avenues particulièrement intéressantes pour la recherche interdisciplinaire entre ce domaine et celui de l’énergie », affirme Miswar Syed, qui a participé au concours de conception Q4Environment aux côtés de son partenaire de recherche, Amirhossein Boreiri.
L’étudiant à la maîtrise à la Faculté de génie, qui s’intéresse aux énergies renouvelables dans ses travaux, nous rappelle que l’Accord de Paris de 2016 nous fixe l’objectif de limiter le réchauffement climatique mondial à 1,5 degré Celsius par rapport aux niveaux préindustriels. Il s’inquiète du fait que, si nous n’y arrivons pas à l’horizon 2050, notre société aura causé des dommages irréversibles à l’environnement.
Q4Environment challenge winners
C’est donc ici qu’intervient le concept que proposent les deux partenaires.
Miswar et Amirhossein sont les cofondateurs de Swish; ils travaillent sur une solution écologique pour débarrasser les panneaux solaires de la neige, de la poussière et des autres débris qui les font perdre en efficacité. Utilisés en contexte tant résidentiel que commercial, ces panneaux sont une source d’énergie renouvelable qui réduit les émissions de gaz à effet de serre, mais ils ont généralement ce problème que leur lavage demande énormément d’eau.
Pour s’attaquer à cet enjeu planétaire, le duo propose un concept novateur d’appareil double-fonction autonettoyant pour les panneaux solaires qui assurerait un nettoyage écologique et économique ne nécessitant ni eau ni dispendieux robots astiqueurs.
L’initiative Transformative Quantum Technologies (TQT) prĂ©sente les deux Ă©tudiants Ă la maĂ®trise de Ŕ¶Ý®ĘÓƵ qui ont dĂ©crochĂ© l’Or : Amirhossein Boreiri et Miswar Syed, un duo qui travaille sur une solution technologique pour dĂ©barrasser de manière Ă©cologique les panneaux solaires de la neige, de la poussière et des autres dĂ©bris qui diminuent leur efficacitĂ©.
« Nous ne savions même pas que ce que nous tentions de faire appliquait des notions de physique quantique, avoue Miswar Syed. Ce n’est pas notre branche ni l’un ni l’autre, alors on voit bien toute l’importance de la recherche collaborative; en tant qu’ingénieurs électriques traditionnels, nous ne savons pas quelles sont les technologies qui existent ni comment faire les choses plus vite ou mieux. La recherche collaborative est essentielle parce qu’elle amène d’autres collaborateurs qui peuvent comprendre le problème et suggérer des solutions. C’est ainsi – en travaillant ensemble – que l’on arrivera à résoudre la crise énergétique qui pèse sur nous. »
La solution technologique verte de l’équipe a remporté l’Or ainsi qu’une subvention de 10 000 $ pour accélérer la recherche et le développement avant le passage à la prochaine étape, soit le projet pilote de mise à l’essai.
Miswar Syed témoigne sa reconnaissance à Connor Kapahi, qui a lui-même décroché l’Or l’an dernier au concours Quantum for Health, pour leur avoir fait découvrir à lui et à son compère Amirhossein le programme TQT. Miswar et Connor avaient tous deux présenté leurs projets lors de la Velocity Pitch Competition au printemps 2023 et obtenu du financement pour leurs technologies novatrices.
Transformative Quantum Technologies (TQT)Â
L’initiative TQT a tenu le concours de conception Q4Environment afin d’explorer les possibilitĂ©s d’application des technologies quantiques pour l’environnement. C’est ainsi que six Ă©quipes, totalisant 12 étudiants et stagiaires postdoctoraux de Ŕ¶Ý®ĘÓƵ, ont Ă©tĂ© rĂ©compensĂ©es pour leurs projets, comme quoi il y a matière Ă innover grâce Ă la science quantique tant Ă court qu’à long terme dans le milieu de l’écologie.
« J’ai l’impression que les possibilités sont là , mais que nous avons besoin d’une plus grande intégration interdisciplinaire… parce qu’en tant que spécialiste de l’environnement, je n’aurais même pas pensé à envisager des solutions quantiques. Sans ce concours de conception, j’ai l’impression qu’il perdurerait beaucoup plus de mythes sur cette science, et pas qu’en écologie », soutient Hajar Alviri. Cette étudiante au cycle supérieur à la School of Environment, Enterprise and Development a vu son équipe décrocher l’Argent pour son concept visant à préserver les écosystèmes côtiers.
Sa partenaire de recherche, Sohani Withanage, croit elle aussi que s’il y avait plus de concours de conception interdisciplinaires auxquels participer, on verrait se multiplier les applications pour la protection de l’environnement.
L’UniversitĂ© de Ŕ¶Ý®ĘÓƵ s’est engagĂ©e Ă bâtir un avenir meilleur, et c’est dans cette optique que ses chercheurs et Ă©tudiants ouvrent de nouveaux sentiers dans la recherche quantique fondamentale et appliquĂ©e pour crĂ©er de nouvelles technologies, explorer les interactions humain-machine et dĂ©couvrir comment attĂ©nuer les risques dans diffĂ©rents champs. ChapeautĂ©e par Ŕ¶Ý®ĘÓƵ et l’IQC, l’initiative de recherche collaborative TQT vise Ă accĂ©lĂ©rer le dĂ©veloppement et la mise en service des appareils quantiques prometteurs.
Le concours de conception Q4Environment est l’occasion pour les étudiants et les stagiaires postdoctoraux – qui n’ont pas nécessairement une connaissance poussée des concepts quantiques ou écologiques – de mettre leurs forces en commun. Les six équipes sont ainsi un creuset où se rencontrent des étudiants aux facultés des arts, du génie, des sciences et de l’environnement qui vont de novices à experts dans les sciences quantiques et environnementales.
« Ces concours sont un outil prĂ©cieux pour faire rayonner l’excellence en informatique quantique de Ŕ¶Ý®ĘÓƵ et de l’IQC dans des domaines d’impact Ă©mergents, explique David Cory, professeur Ă l’IQC et chercheur principal de l’initiative TQT. L’espoir est que nos concours de conception quantique seront la graine qui fera bourgeonner de nouvelles activitĂ©s repoussant les limites des technologies quantiques, connecteront ces dernières Ă des enjeux importants, et propulseront la croissance des industries quantiques au Canada. »Â
Avec leurs projets allant de capteurs chimiques hautement discriminants pour la surveillance de l’environnement à des cellules photovoltaïques plus efficaces, les équipes bénéficiaires d’une subvention ont conçu des solutions qui s’attaquent à certains des problèmes les plus épineux dans le domaine environnemental.
Les équipes ayant décroché un prix au concours de conception Q4Environment, rassemblées dans un laboratoire de recherche dans le bâtiment 1 du Research and Advancement Centre (RAC1).
Voici les équipes ayant reçu une subvention pour poursuivre le développement de leurs idées :
Développement d’un appareil double-fonction autonettoyant novateur pour débarrasser les panneaux solaires de la neige, de la poussière et des autres débris et ainsi en améliorer l’efficacité, Or — 10 000 $
- Miswar Syed, Faculté de génie (étudiant au cycle supérieur)
- Amirhossein Boreiri, Faculté de génie (étudiant au cycle supérieur)
Approche de surveillance en temps réel de la pollution des eaux côtières par les écrans solaires à l’aide d’une technologie quantique, Argent — 1 500 $
- Hajar Alviri, Faculté de l’environnement (étudiante au cycle supérieur)
- Sohani Withanage, Faculté de l’environnement (étudiante au cycle supérieur)
Les points quantiques de carbone dans les insectes : un détecteur hypersensible des polluants dans l’environnement, Argent — 1 500 $
- Nicholas Cheng, Faculté des sciences (étudiant au cycle supérieur)
- Courtney MacPherson, Faculté des arts (étudiante au premier cycle)
Vers la nouvelle génération d’antennes photoconductrices pour limiter le recours excessif aux résines, Argent — 1 500 $
- Milad Entezami, Faculté de génie (étudiant au doctorat)
- Seyed Ali Hosseini Farahabadi, Faculté de génie (étudiant au doctorat)
Dispositif de détection neutronique par cavité des microplastiques, des piles au lithium et des nanomatériaux toxiques, mention honorable — 500 $
- Owen Lailey, Faculté des sciences (étudiant au cycle supérieur)
- Davis Last, Faculté des sciences (étudiant au premier cycle)
Assistant par IA quantique visant à améliorer la synthèse de matériaux pour absorber et convertir le CO2, mention honorable — 500 $
- Hossein Mashhadimoslem, Faculté de génie (stagiaire postdoctoral)
- Shayan Ghasem, Faculté de génie (étudiant à la maîtrise)
Le concours de conception Q4Environment est rendu possible par le Laboratoire d’idées Quantum Valley, le Conseil national de recherches du Canada, Honeywell Aerospace, Angstrom Engineering, et Ambature. Visitez le site de l’ pour en apprendre plus sur le concours.