À¶Ý®ÊÓƵ

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The Institute for Quantum Computing (IQC) is pleased to announce this year’s recipients of the Institute for Quantum Computing's Achievement Award. This award is given to University of À¶Ý®ÊÓƵ graduate students who studied quantum information and have achieved excellence in research. This year's recipients feature three PhD students; Bowen Yang; Shayan Majidy; and Xi Dai.ÌýÌý

Award winner Shayan Majidy sat down with us to discuss his current and future research on noncommuting conserved quantities, the award, and his advice for current and aspiring students interested in quantum information.Ìý

1. Congratulations on your Achievement Award Shayan. What was it that interested you in quantum information, and how did you end up studying quantum information science at IQC?ÌýÌý

I love how deceptively simple it is. With some back-of-the-envelope linear algebra, you can prove profound results, like how it's impossible to copy quantum information. The potential applications are also exciting. We've seen the impact of the information revolution (computers), and the first signatures of the quantum revolution (MRI, laser-based technologies). What happens when you cross them? At IQC, we hear most about quantum computing, sensing, and communication, but there are also quantum memories, heat engines, and fridges. It's fun toÌý dabble inÌý differentÌý technologies. During my masters at the University of Guelph, I took a course called "Topics in Math III." Unbeknownst to me, it was an introductory course on quantum information. The rest is history.Ìý

2. What are you researching for your PhD?ÌýÌý

Classically, observable quantities commute. This means, for example, you can know how tall I am and what colour my shirt is at the same time. In quantum mechanics, this isn't necessarily true. If my height and shirt colour were noncommuting, having knowledge of one would obscure knowledge of the other.Ìý
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Studying noncommuting conserved quantities – known as noncommuting charges– has led to a host of theoretical results. These results merited testing. However, people didn’t know how to find the right Hamiltonians (things which tell you how a system evolves in time) to test them.ÌýNicole Yunger Halpern and I came up with a procedure for building these Hamiltonians. Since our work, a couple of these experiments have been done, which is very rewarding to see.Ìý

3. What challenges did you face during your PhD?ÌýÌýÌý

I had three big challenges throughout my PhD. The first was that I had no idea how to come up with research questions. In my undergrad, I only solved problems that others knew the answers to. However, in research, others don't know the answer to the question yet, so you can't just get a hint when you're stuck. I eventually got better at that, until I realized you actually need to come up with research questions on your own and can't only answer research questions other people give you.Ìý This was probably my second biggest challenge. I had no idea how to independently come up with research questions.Ìý Now, I don't have much difficulty coming up with potential research questions. Instead, my current challenge is identifying which questions are ones that are impactful to solve.Ìý

4. What does receiving the IQC Achievement Award mean to you?ÌýÌý

Frankly, like most graduate students, I struggle with imposter syndrome. Awards like this serve as encouragement for me to keep doing my best and to keep taking small steps forward. Small steps, if taken frequently, can lead to real progress.Ìý

5. What’s next for you in quantum information science?ÌýÌý

Because of my research, I've been really curious about the thermodynamic consequences of noncommutation. I think it would be really neat to isolate the effects of noncommutation on different quantum phenomena. For example, quantum chaos, decoherence, the difficulty of simulating quantum systems, the performance of quantum machine learning algorithms, and the efficiency of work extraction from measurements. I imagine this will keep me busy for the next few years.Ìý

6. Do you have any advice for someone who is thinking about applying to a quantum information program or is interested in learning more about quantum sciences?ÌýÌýÌý

My supervisor, ProfessorÌýRaymond LaflammeÌýand I went for coffee for my last birthday. I asked him for life advice at that time. He reminded me that life is too short not to enjoy the ride. I find this to be so true in research. I think seeing a quantum information program as only a means to an end will make the process painful and not very fruitful. Instead, I’d suggest for people interested in quantum to find quantum information questions that they’re excited to solve and to try and solve them. Along the way, you'll learn and slowly carve out a spot for yourself in quantum information. At least that's what I've been told. Ìý

ShayanÌýMajidy, récipiendaire d’un prix d’excellence de l’IQC, parle de ses idées de recherche

L’Institut d’informatique quantique (IQC) a le plaisir d’annoncer les récipiendaires de ses prix d’excellence 2022. Ces prix sont remis à des personnes qui font des études supérieures en informatique quantique à l’Université de À¶Ý®ÊÓƵ et qui se distinguent par leur excellence en recherche. Les récipiendaires de cette année sont 3ÌýdoctorantsÌý: BowenÌýYang, ShayanÌýMajidy et XiÌýDai.

ShayanÌýMajidy, l’un des lauréats, nous a parlé de ses recherches actuelles et futures sur les grandeurs conservées non commutantes, ainsi que du prix qu’il a obtenu. Il a fait part de ses conseils aux étudiants intéressés par l’information quantique.

1. Félicitations Shayan pour l’obtention de ce prix d’excellence. Qu’est-ce qui vous intéressait dans le domaine de l’information quantique, et comment en êtes-vous venu à étudier l’informatique quantique à l’IQC?

J’aime beaucoup la surprenante simplicité de ce domaine. Un peu d’algèbre linéaire permet de prouver des résultats importants, tels que l’impossibilité de copier de l’information quantique. De plus, les applications potentielles sont enthousiasmantes. Nous avons vu les répercussions de la révolution de l’information (ordinateurs) et les premières manifestations de la révolution quantique (IRM, technologies laser). Qu’arrive-t-il lorsque l’on combine les deux? À l’IQC, on parle surtout de calcul, de détection et de communication quantiques, mais il y a aussi des mémoires, moteurs thermiques et réfrigérateurs quantiques. C’est amusant de toucher à diverses technologies. Pendant ma maîtrise à l’Université de Guelph, j’ai suivi un cours intitulé Sujets de mathématiquesÌýIII. J’ignorais qu’il s’agissait en fait d’un cours d’introduction à l’information quantique. Vous connaissez la suite.

2. Sur quoi portent vos recherches de doctorat?

En physique classique, les grandeurs observables sont commutantes. Cela signifie, par exemple, que vous pouvez connaître en même temps ma taille et la couleur de la chemise que je porte. En mécanique quantique, ce n’est pas nécessairement le cas. Si ma taille et la couleur de ma chemise étaient non commutantes, le fait de connaître l’une empêcherait de connaître l’autre.

L’étude des grandeurs conservées non commutantes — appelées charges non commutantes — a donné de nombreux résultats théoriques. Ces résultats méritaient d’être testés. Par contre, on ne savait pas comment trouver les bons hamiltoniens (qui décrivent l’évolution d’un système dans le temps) pour les mettre à l’épreuve. Nicole Yunger Halpern et moi avons élaboré une méthode de construction de tels hamiltoniens. Depuis ces travaux, certains tests expérimentaux ont été effectués, ce qui est très gratifiant.

3. À quelles difficultés avez-vous fait face pendant vos études de doctorat?

J’ai fait face à 3Ìýgrandes difficultés pendant toutes mes études de doctorat. La première était que je n’avais aucune idée de comment formuler des questions de recherche. Pendant mes études de 1^erÌýcycle, j’avais résolu des problèmes dont la solution était déjà connue. Par contre, en recherche, personne ne connaît encore les réponses, de sorte que personne ne peut donner d’indice quand on est bloqué. J’ai fini par m’améliorer sur ce plan, jusqu’à ce que je me rende compte que je ne pouvais pas me contenter de répondre à des questions énoncées par d’autres et que je devais formuler mes propres questions de recherche. Cela a probablement été ma 2^eÌýplus grande difficulté. Je n’avais aucune idée de la façon de formuler de manière indépendante des questions de recherche. Je n’ai plus trop de difficulté à ce chapitre, mais je dois maintenant trouver quelles sont les questions dont la résolution a le plus d’impact.

4. Que signifie pour vous le fait d’avoir reçu un prix d’excellence de l’IQC?

À dire franchement, comme la plupart des étudiants diplômés, je fais face au syndrome de l’imposteur. Des prix comme celui-ci m’encouragent à continuer de faire de mon mieux et de franchir une à la fois beaucoup de petites étapes, ce qui peut mener à de réels progrès.

5. Qu’est-ce qui vous attend maintenant en informatique quantique?

Mes recherches m’ont amené à m’intéresser réellement aux conséquences thermodynamiques de la non-commutation. Je crois que ce serait vraiment bien d’isoler les effets de la non-commutation sur divers phénomènes quantiques, par exemple le chaos quantique, la décohérence, la difficulté de simuler des systèmes quantiques, le rendement des algorithmes d’apprentissage automatique quantique et l’efficacité de l’obtention d’un travail extérieur à partir de mesures. Je suppose que cela m’occupera pendant quelques années encore.

6. Avez-vous un conseil à donner à ceux qui envisagent de poser leur candidature à un programme d’informatique quantique ou qui veulent en apprendre davantage sur les sciences quantiques?

À l’occasion de mon plus récent anniversaire de naissance, je suis allé prendre un café avec mon directeur de recherche, le professeur RaymondÌýLaflamme. Je lui ai alors demandé des conseils de vie. Il m’a rappelé que la vie est trop courte pour ne pas en profiter, et je crois que c’est très vrai en recherche. Je crois que si un programme d’études en informatique quantique n’était qu’une fin en soi, ce serait pénible et pas très productif. Je suggérerais plutôt aux gens intéressés par le domaine quantique de trouver des questions qui les passionnent et de tenter de les résoudre. Cela leur donnera des occasions d'apprendre et de faire lentement leur place dans le domaine de l’information quantique. C’est du moins ce que l’on m’a dit.