Breakthroughs in understanding how gravity affects quantum mechanics could be on the horizon at the Institute for Quantum Computing (IQC) with the addition of Dr. Bradley Hauer as IQC's newest faculty member and Assistant Professor in the Department of Electrical and Computer Engineering. Hauer’s research focuses on studying cavity optomechanical systems and superconducting circuits and their applications in metrology, quantum information and non-classical state preparation.
Hauer’s research career has straddled theoretical and applied research, allowing him to take a project from ideation to application. The devices used in his work are unique in quantum research since they can be seen by the naked eye.
“You think of the idea. You design the devices. You build them. You take them into the lab and do the measurements. You get to see the whole project, which I find fun and rewarding,” he says.
Prior to joining IQC and UWaterloo, Hauer earned his bachelor’s, master’s, and PhD in physics from the University of Alberta. During his PhD work, he studied under Professor John Davis on low-temperature silicon optomechanics. After graduating in 2019, Hauer took a role as an NSERC post-doctoral fellow at the National Institute of Standards and Technology (NIST) in Boulder, Colorado.
“I worked in the advanced microwave photonics group there for the last four years. My supervisor was John Teufel and they are working on similar types of systems as my PhD work, but using much lower frequency superconducting circuits to measure mechanical modes,” Hauer says.
Joining IQC was an ideal fit for Hauer and his wife. The couple were looking for an opportunity to return to Canada, and Hauer says if you want to quantum research in Canada, Waterloo is the place to be.
“Waterloo is right at the top of the Canadian quantum scene. But even talking to other people who are not even in physics, not even in the field, they have all heard of Waterloo. People have described it to me as like the MIT of Canada,” he says.
IQC gives Hauer the opportunity to build the lab and team to hopefully make breakthroughs in our understanding of quantum mechanics—breakthroughs that could have real-world impact. He says the devices used in his work have the potential to be extremely sensitive sensors that measure force, mass, and acceleration in applied quantum research. On the theoretical side, he says there is interest in using the devices to understand the foundations of quantum mechanics.
“They're relatively large objects, which you wouldn't really expect to behave quantum mechanically, which you typically associate with atoms and photons. But these devices are billions to trillions of atoms that are behaving quantum mechanically together,” Hauer says. “There's a lot of research being done now to try to understand if these devices really do behave according to laws of quantum mechanics or if there's something else going on there—that would be a fundamental breakthrough.”
L’IQC souhaite la bienvenue à Bradley Hauer
Des percées à l’intersection de la gravité et de la mécanique quantique : voilà ce qui pourrait attendre l’Institut d’informatique quantique (IQC) avec l’arrivée dans son corps professoral de Bradley Hauer, professeur adjoint au Département de génie électrique et informatique. Les travaux du professeur Hauer sont axés sur l’étude des systèmes optomécaniques en cavité et des circuits supraconducteurs ainsi que de leurs applications en métrologie, en informatique quantique et en préparation d’états non classiques.
Bradley Hauer a fait carrière en recherche à la fois théorique et appliquée, apprenant à suivre un projet de la conceptualisation à l’application. Il travaille avec des appareils visibles à l’œil nu, un phénomène unique en recherche quantique.
« J’ai une idée, je conçois l’appareil, je le construis, je l’amène en laboratoire et je prends des mesures. Je vois le projet de bout en bout, c’est passionnant et gratifiant », explique-t-il.
Avant de se joindre à l’IQC et à l’Université de Waterloo, il a fait un baccalauréat, une maîtrise et un doctorat en physique à l’Université de l’Alberta. Pendant son doctorat, il a étudié auprès du professeur John Davis, travaillant sur l’optomécanique du silicium à basse température. En 2019, diplôme en main, Bradley Hauer est devenu stagiaire postdoctoral pour le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG) au National Institute of Standards and Technology (NIST) à Boulder, au Colorado.
« J’ai travaillé là dans le groupe de photonique micro-onde avancée pendant quatre ans, sous la tutelle de John Teufel. Les systèmes étudiés s’apparentaient à ceux vus pendant mon doctorat, mais avec des circuits supraconducteurs à fréquence beaucoup plus basse permettant de mesurer les modes mécaniques », raconte le professeur.
Lui et sa femme sont comblés par ce poste à l’IQC; le couple cherchait à rentrer au pays, et selon Bradley Hauer, quiconque souhaite faire de la recherche quantique au Canada veut aller à Waterloo.
« Waterloo est à l’avant-scène de la quantique au Canada. Même dans des domaines externes, même en dehors de la physique, tout le monde en a entendu parler. Des gens m’ont décrit l’endroit comme le MIT canadien. »
À l’IQC, le professeur aura l’occasion de monter le laboratoire et l’équipe qui le mèneront, avec un peu de chance, vers des percées dans la compréhension de la mécanique quantique qui pourraient avoir des effets concrets sur nos vies. Il explique que les dispositifs utilisés dans son travail ont le potentiel de devenir des capteurs extrêmement sensibles capables de mesurer la force, la masse et l’accélération dans la recherche quantique appliquée. Du côté théorique de la chose, ces dispositifs pourraient aussi aider à comprendre les fondements de la mécanique quantique.
« Ce sont des objets relativement gros; on ne s’attendrait pas vraiment à ce qu’ils obéissent à la mécanique quantique, qu’on associe le plus souvent aux atomes et aux photons. Mais ces appareils sont composés de milliards, voire de billions d’atomes qui semblent soumis ensemble aux règles de la mécanique quantique, précise Bradley Hauer. Beaucoup de travaux sont en cours pour tenter de comprendre s’ils suivent réellement les lois de la quantique, ou s’il y a anguille sous roche – ce serait une percée fondamentale. »