Un chercheur de l’IQC remporte un prix du doyen de la Faculté des sciences

Monday, July 29, 2019

IQC researcher Sainath Motlakunta

Les prix du doyen de la Faculté des sciences récompensent des étudiants de maîtrise à la Faculté des sciences qui ont un rendement exceptionnel. Nous avons rencontré Sainath Motlakunta, de l’IQC, plus récent lauréat pour le Département de physique et d’astronomie, afin d’en apprendre davantage sur ses recherches.

Félicitations Sainath pour l’obtention de ce prix. Parlons d’abord de votre mémoire de maîtrise. Sur quoi portaient vos recherches?

Mon équipe et moi-même travaillons sur les ions piégés. Notre piège à ions est conçu pour piéger des chaînes d’ions, où chaque ion est un qubit d’un processeur quantique. Le but visé est d’effectuer des simulations quantiques qui nous permettront d’étudier des phénomènes physiques trop complexes pour des ordinateurs classiques.

La plus grande partie de mon mémoire a consisté en une étude théorique, mais il y avait aussi un élément de préparation du laboratoire pour une mise en œuvre expérimentale. Avec mes collaborateurs, j’ai élaboré un protocole adaptable, réalisable de manière expérimentale, permettant de simuler des systèmes de spins de treillis bidimensionnels (2D) à l’aide d’une chaîne unidimensionnelle (1D) d’ions piégés liés entre eux.

En quoi votre protocole est-il différent de ceux qui existaient auparavant?

Les simulations quantiques réalisées avec des ions piégés sont soit analogiques, soit numériques. Dans une simulation quantique analogique, on reproduit exactement l’opérateur hamiltonien (appelé tout simplement le hamiltonien) du système — c’est-à-dire les règles d’évolution du système quantique avec le temps — dans la simulation. Cette méthode impose une restriction à quelques classes de hamiltoniens. Dans une simulation quantique numérique, on décompose l’évolution d’un hamiltonien en plusieurs portes de 1 ou 2 qubits, puis on applique ces portes au système quantique. Cette méthode comporte ses propres problèmes, notamment l’augmentation du nombre d’erreurs avec la taille du système.

Nous avons élaboré un protocole hybride analogique-numérique, plus polyvalent que la méthode analogique et moins exposé aux erreurs que la méthode numérique. De plus, ce protocole exige relativement moins de ressources expérimentales que d’autres simulations quantiques. La plupart des protocoles requièrent un adressage individuel complet de chaque ion de la chaîne, ce que notre nouveau protocole n’exige pas. Nos travaux ont été publiés dans la revue Quantum Information de la collection Nature Partner Journals.

La puissance de ce protocole réside dans le fait que l’on peut passer d’une géométrie de spins à une autre au cours de l’évolution du système, ce qui est impossible avec d’autres mises en œuvre physiques. Cela nous permet d’étudier les riches phénomènes physiques qui se produisent aux limites des transitions entre états de la matière. Personne ne sait ce qui se passe entre différentes géométries au cours de ces transitions d’état, et il sera donc vraiment intéressant d’étudier ces transitions à l’aide de ce protocole.

Quelles difficultés avez-vous connues pendant vos études de maîtrise?

Cela s’est passé d’une manière un peu curieuse. J’ai fait partie d’une autre équipe de recherche pendant les 4 premières sessions universitaires, puis j’ai dû changer. Je n’ai eu que 2 sessions pour compléter un tout nouveau mémoire. Je n’aurais pas pu y arriver sans Rajibul Islam, mon directeur de recherche, Fereshteh Rajabi, postdoctorant membre de notre équipe, ainsi que Kevin Resch et l’IQC, qui ont rendu possible ce changement. J’ai été chanceux, parce que l’équipe avait ce problème de protocole de simulation, de sorte que j’ai pu m’en saisir immédiatement et me mettre au travail.

Que signifie pour vous ce prix du doyen de la Faculté des sciences?

Il représente un vif encouragement. J’étais inquiet, parce que j’avais dû faire mon mémoire en vitesse. Je pensais que, peut-être, j’aurais pu faire mieux avec un peu plus de temps. Mais ce prix a dissipé tout regret, puisque mon travail était ainsi validé.

Quelle est votre prochaine étape?

Je reste à l’IQC pour faire mon doctorat. Nous sommes en train de changer de laboratoire et de piéger nos premiers ions, mais une fois que le nouveau laboratoire sera opérationnel, je vais travailler sur la mise en œuvre expérimentale de ce protocole. Une fois que ce sera fait, nous pourrons étudier divers problèmes de physique abordables à l’aide de ce protocole : changements subits de paramètre dans un hamiltonien; transitions d’état dynamiques; transport quantique dans un nombre supérieur de dimensions à l’aide de chaînes 1D d’ions. Pour un physicien, c’est tout simplement fascinant d’étudier ces problèmes fondamentaux.

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