Bowen Yang receives IQC Achievement Award for quantum materials research

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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 Waterloo 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.

Award winner Bowen Yang sat down with us to discuss his PhD research in quantum materials, the opportunities he’s received while at IQC, and his recommendations for students interested in learning and gaining more experience with quantum.

1.  Congratulations on your Achievement Award Bowen. Could you explain what interested you in quantum information and how you ended up studying quantum information science at IQC?

In my PhD program, the main focus of my research is quantum materials, which is one of the main branches in quantum computing science. During my undergrad, I was financially supported by the Nankai physics department to do research abroad in Canada. At that time, I was lucky to have my application accepted by Professor Adam Wei Tsen at IQC and then under his supervision, I studied quantum materials for six months. As a visiting student, I was attracted by the advances of quantum materials, especially two-dimensional (2D) van der Waals materials, and the corresponding applications in spintronics and quantum computing. Professor Tsen later provided me with the incredible opportunity to work in his lab as a graduate student at IQC.

2. What are you researching for your PhD and what is the significance of this research?

I was studying magnetic 2D materials for my PhD. 2D materials refers to crystalline lattice consisting of single or few atomic layers.  The existence of magnetism in such a system was recently verified in 2017. In this new sub-field, various unprecedented properties were uncovered. In the last five years, I have had two significant research achievements on this topic. First, we discovered over one million percent change in resistance with external magnetic field applied in a few-atomic-layer magnetic material, CrI₃. The astonishing effect presents new opportunities in magnetic storage, magnetic sensors and more applications in spintronics based on 2D materials.  Second, in single alpha-RuCl₃ atomic sheet, we proposed the feasibility of realizing Quantum Spin Liquid state, which is an exotic phase of matter in condensed matter physics and has been sought-after for decades because of potential applications in fault-tolerant topological quantum computing.

3. What challenges did you face during your PhD?

In my PhD, one thing I learned is to keep a positive attitude especially when things aren’t going according to plan.  In the last five years, bad data was much more common than consistent and publishable data. My first lesson during my PhD was how to contend with unexpected or unfavorable results. Most of the time, these results do not lead to new science, but instead arise from mistakes in sample fabrication, experiment designs or measurements. In one of the projects which I spent three years on, I even had to fabricate hundreds of samples to have consistent and trustable data. Learning how to be resilient, accept failure, and maintain a positive outlook is the first thing a PhD student should know.

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

To be awarded the scholarship is a great honor and, it inspires me to continue to devote myself to the meaningful and fascinating scientific research I am conducting. I would like to thank my supervisor, my group members, and my collaborators. These achievements would not be possible without their efforts and persistence.

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

In the following two years, I will continue my research in Professor Tsen’s group, focusing on magnetic 2D materials and investigating their applications in quantum information science. After that, I may return to my home country and look for a faculty position in relevant fields.

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?

Quantum information science covers many branches and topics.  It would be beneficial for future students to have a basic understanding of this research beforehand, as it is important to know which topics and research areas interest them the most before applying. To gain this experience, I would suggest that potential future applicants should look for work in a relevant lab during their undergrad, attend conferences and events, or reach out and talk to professors or graduate students in this field.

Bowen Yang reçoit un prix d’excellence de l’IQC pour ses recherches sur les matériaux quantiques

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 Waterloo et qui se distinguent par leur excellence en recherche. Les récipiendaires de cette année sont 3 doctorants : Bowen Yang, Shayan Majidy et Xi Dai.

Bowen Yang, nous a parlé de ses recherches de doctorat sur les matériaux quantiques, des possibilités que l’IQC lui a offertes, et de ses conseils aux étudiants qui souhaitent s’instruire et acquérir de l’expérience dans le domaine quantique.

1. Félicitations Bowen 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?

Mes recherches de doctorat portent surtout sur les matériaux quantiques, l’une des principales branches de l’informatique quantique. Pendant mes études de 1^er cycle, j’ai obtenu une bourse du Département de physique de l’Université de Nankai pour faire de la recherche à l’étranger, au Canada. À l’époque, j’ai eu la chance de voir ma candidature acceptée par le professeur Adam Wei Tsen de l’IQC, et pendant 6 mois j’ai étudié les matériaux quantiques sous sa direction. Comme étudiant invité, j’ai été captivé par les progrès des matériaux quantiques, en particulier les matériaux bidimensionnels (2D) de van der Waals, ainsi que par leurs applications en électronique de spin et en calcul quantique. Plus tard, le professeur Tsen m’a offert l’occasion fantastique de travailler dans son laboratoire à titre d’étudiant diplômé à l’IQC.

2. Sur quoi portent vos recherches de doctorat et quelle est l’importance de ces recherches?

Pour ma thèse de doctorat, j’ai étudié les matériaux 2D magnétiques. Un matériau 2D est un réseau cristallin formé d’une seule ou de quelques couches atomiques. La présence de magnétisme dans de tels matériaux a été vérifiée récemment, en 2017. Ce nouveau sous-domaine a donné lieu à la découverte de diverses propriétés inédites. Au cours des 5 dernières années, j’ai participé à 2 réalisations dignes de mention à ce sujet. Premièrement, nous avons découvert un changement de résistance de plus d’un million pour cent lorsque l’on applique un champ magnétique externe sur un cristal magnétique de CrI₃ de quelques couches atomiques. Cet effet stupéfiant offre de nouvelles possibilités concernant le stockage magnétique, les capteurs magnétiques et d’autres applications d’électronique de spin dans des matériaux 2D. Deuxièmement, nous avons énoncé que, dans un feuillet atomique simple d’alpha-RuCl₃, il est possible de réaliser un état de liquide de spin quantique, état exotique de la matière en physique de la matière condensée, que l’on recherche depuis des décennies en raison de ses applications potentielles en calcul quantique topologique insensible aux défaillances.

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

Une chose que j’ai apprise au cours de mes études de doctorat, c’est de conserver une attitude positive, en particulier lorsque les choses ne se passent pas comme prévu. Au cours des 5 dernières années, de mauvaises données étaient beaucoup plus monnaie courante que des données cohérentes et publiables. La première leçon que j’ai apprise pendant mes études de doctorat est comment composer avec des résultats inattendus ou défavorables. La plupart du temps, de tels résultats ne conduisent pas à de nouvelles lois scientifiques, mais ils viennent plutôt d’erreurs dans la fabrication des échantillons, la conception des expériences ou les mesures. Dans l’un de mes projets, sur lequel j’ai travaillé pendant 3 ans, j’ai dû fabriquer des centaines d’échantillons pour obtenir des données cohérentes et fiables. Un candidat au doctorat doit apprendre en premier lieu comment être résilient, accepter l’échec et maintenir une perspective positive.

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

La réception de ce prix est pour moi un grand honneur, qui m’incite à continuer de me consacrer à des recherches utiles et fascinantes. J’aimerais remercier mon directeur de recherche, les membres de mon équipe et mes collaborateurs. Ces réalisations n’auraient pas été possibles sans leurs efforts et leur persévérance.

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

Au cours des prochaines années, je vais poursuivre mes recherches au sein de l’équipe du professeur Tsen, en me concentrant sur les matériaux 2D magnétiques et en étudiant leurs applications en informatique quantique. Après cela, il se peut que je retourne dans mon pays d’origine et que je cherche un poste de professeur dans un domaine pertinent.

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?

L’informatique quantique comporte beaucoup de e4sous-domaines et couvre de nombreux sujets. Les futurs étudiants auraient intérêt à avoir une connaissance de base de ces thèmes, afin de savoir quels sujets et domaines de recherche les intéressent avant de poser leur candidature à un programme. Pour qu’ils acquièrent ce bagage, je leur suggérerais de travailler dans un laboratoire approprié pendant leurs études de 1^er cycle, d’assister à des conférences et autres activités pertinentes, ou de discuter avec des professeurs ou des étudiants diplômés dans le domaine de l’information quantique.