On June 23rd, we celebrate International Women in Engineering Day. At the Institute for Quantum Computing (IQC), we are proud to have a supportive community of interdisciplinary members from seven different faculties at the University of Waterloo, spanning engineers, mathematicians, and scientists.
Today, we’re celebrating some of the female-identifying engineers in our community by showcasing their remarkable achievements, experiences, and valuable guidance for those aspiring to help build a brighter future. We hope that the growing visibility of women in engineering encourages more young women and girls to pursue a future in STEM (science, technology, engineering and math) fields.
Dr. Na Young Kim
Faculty, Institute for Quantum Computing
Professor, Department of Electrical and Computer Engineering, University of Waterloo
Na Young Kim joined IQC in 2016 after earning a PhD in applied physics from Stanford University, where she explored mesoscopic transport properties in low-dimensional nanostructures. During her postgraduate research, she expanded her scope to the fields of quantum optics and nanophotonics, working on several experimental and theoretical projects with graduate students, postdoctoral scholars, and collaborators.
At IQC, Kim leads the Quantum Innovation (QuIN) laboratory, dedicated to constructing large-scale quantum processors based on both conventional and cutting-edge materials as well as advanced technologies. Her team focuses on integrating photonic structures into various semiconductor materials to engineer powerful light-matter interactions. They also leverage classical machine learning algorithms to analyze noise processes in both classical and quantum devices. Furthermore, the team continuously explores emerging materials and their heterostructures for a wide range of applications, including detectors, whose properties are explained through device modeling. Kim embraces a multitude of roles within the QuIN lab, aspiring to be a visionary who defines the research goals and direction. She excels as a meticulous planner, adept at outlining concrete and detailed action steps; a research coach who guides and cultivates students by extracting their potential and pushing them beyond their capacities; and an active researcher who is engaged in hands-on experiments and data analysis, closely driving projects forward and contributing to scientific exploration.
“The future of quantum science and engineering hinges upon the presence of skilled and devoted individuals with unwavering commitment and positive mindsets. I hold a steadfast belief that research is an inherently creative endeavor that necessitates both apprenticeship and craftsmanship over extended periods of time and limitless practices. Consequently, researchers are destined to persevere and flourish, generating new knowledge, pioneering new technologies, and extracting new lessons. It is this very dedication that empowers us to overcome both apparent and concealed obstacles, barriers, and challenges. Ultimately, we must engage in profound introspection when making decisions and navigating through our lives with a profound sense of responsibility and ownership.”
Recently, Kim’s interdisciplinary team has focused on hybrid classical and quantum approaches for solid-state quantum architecture. One approach is to adopt deep neural network models for random telegraph signals that are ubiquitous in classical and quantum devices; the other is to establish reproducible methods for producing high-quality nanomaterials and their films with which the arrays of quantum photonic and electronic devices can be designed and constructed.
Dr. Katie McDonnell
Postdoctoral Fellow, Institute for Quantum Computing
Department of Electrical and Computer Engineering, University of Waterloo
Katie McDonnell attended Strathclyde University in Glasgow, Scotland where she earned her undergraduate degree in maths and physics, followed by her master’s degree in nanoscience. Preferring experimental work over theory, McDonnell then continued her research in the optics-based labs at Strathclyde, which led to earning a PhD in quantum optics and atomic physics.
At IQC, McDonnell works as a postdoctoral fellow with Dr. Michael Reimer and Dr. Michal Bajcsy on an experimental project that aims to interface cold atoms and quantum dots to create a hybrid quantum repeater, a system which divides long quantum communication distances into several smaller segments, each with its own unique quantum encryption. The techniques utilized in creating a hybrid repeater allow the researchers to convert the wavelengths of single photons or to store light in the atom, using the atom as a quantum memory.
“Working in quantum technologies brings people together from various disciplines, including engineering and physics, all of which are necessary to advance the field. While my background is in physics, I now conduct research in the Faculty of Engineering and bring a different set of skills to the work. It is such a wonderful opportunity for me to gain experience in engineering and to further collaborative research in quantum.”
McDonnell volunteers with IQC’s scientific outreach initiatives, having recently offered her time to teach a group of visiting high school students about quantum key distribution. She also gave a lecture on quantum computing at the University of Waterloo’s Renison University College for non-native English speakers who were interested in coming to the University of Waterloo for their studies.
Sarah Odinotski
PhD Student, Institute for Quantum Computing
Department of Electrical and Computer Engineering, University of Waterloo
Sarah Odinotski earned her Honours Bachelor of Applied Science (BASc) degree in nanotechnology engineering and completed the Certificate in Co-operative Education in Research program at the University of Waterloo. In this unique program, which she recommends to any students who want to pursue work in research-focused positions, Odinotski zeroed in on the areas of microfabrication, nano-electronics, and nano-medicine. She chose nanotechnology engineering because of the creativity, problem-solving, and personal enrichment that takes place in this inspiring and interdisciplinary environment.
“I think engineering is an exciting field because it allows us to focus on creative ways that we can translate theories into practical tools which benefit society. My advice for anyone wanting to pursue engineering would be to keep an open mind and embrace your failures, because that’s where we learn the most!”
Odinotski recently transferred from the master’s program to her PhD, continuing her studies in Dr. Michael Reimer’s lab. She is developing a single photon detector for biophotonic applications, a research area that combines biology and photonics to study the optical processes in natural and engineered materials. She enjoys working toward translational research that will be accessible and beneficial to the public. Shifting her career towards medical device design revealed the direct impact that lab work can have on people’s wellbeing and quality of life.
In 2021, Odinotski was named the Engineering Co-op Student of the Year at Waterloo as well as the Kitchener-Waterloo Woman of the Year in the Young Adult division. To date, Odinotski has helped design and create two point-of-care sensors; a hydrogel-based pH biosensor, for which she has a pending US Patent; as well as a cortisol biosensor, for which her design team received the Norman Esch Entrepreneurship Award. She hopes that these achievements are only the start of the impact she will have as she continues her research at IQC.
Cindy Yang
PhD Student, Institute for Quantum Computing
Department of Electrical and Computer Engineering, University of Waterloo
Cindy Yang is a PhD student at IQC, joining the institute after completing her BASc in nanotechnology engineering at the University of Waterloo. Waterloo’s co-operative education program has allowed her to explore various research fields, from the synthesis of novel nanomaterials to ultrasound sensor development at Sunnybrook Research Institute, as well as working with acoustofluidics at the Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) University.
“Information is physical, and its realization is engineering. There are many gaps between different areas of expertise, and engineers are the bridges to those gaps. It is quite a challenging task, as a very diverse set of knowledge is required. But this also makes it ever so rewarding.”
Yang’s current research focus is on waveguide quantum electrodynamics (QED). This work brings out many intriguing effects of quantum emitters, like correlated decay and exchange interactions, which may have implications for applications such as integrated photonics, quantum information processing, and optical communication systems. Her experimental research is concentrated on novel waveguide configurations that utilize superconducting circuits.
In 2020, Yang received the inaugural Laflamme and Gregson Graduate Scholarship for Women in Quantum Information Science in acknowledgement of her strong academic achievements and potential for research excellence. More recently, she received the 2022 Jim and Diane Ohi Memorial Award for her leadership contributions to Electrical and Computer Engineering (ECE) as well as her high academic achievements. This award recognizes her effective leadership and many contributions to the ECE graduate student community during her tenure as ECE Graduate Student Association (GSA) President. Yang is currently a member of the Engineering Graduate Studies Student Advisory Committee (EGSSAC), advocating for ECE PhD constituents, where she actively volunteers and organizes for events such as orientations, hackathons, convocation, and IQC’s summer outreach school programs for undergraduate and high school students (USEQIP and QSYS). She also currently holds the Ontario Graduate Scholarship (OGS).
La Journée internationale des femmes en génie
Le 23 juin, c’est la Journée internationale des femmes en génie. L’Institut d’informatique quantique (IQC) est fier d’avoir une communauté interdisciplinaire soudée, réunissant des membres de sept facultés de l’Université de Waterloo, en génie, en mathématiques et en sciences.
Il célèbre aujourd’hui certaines de ses brillantes ingénieures, qui accomplissent de grandes choses, possèdent un bagage remarquable et offrent de précieux conseils à ceux et celles qui aspirent à tracer l’avenir. Espérons que la visibilité croissante des femmes en génie encourage plus de filles et de jeunes femmes à se lancer en STIM (science, technologie, ingénierie et mathématiques)!
Dr. Na Young Kim
Membre du corps professoral, Institut d’informatique quantique
Professeure, Département de génie électrique et informatique, Université de Waterloo
Na Young Kim est arrivée à l’IQC en 2016, après avoir décroché un doctorat en physique appliquée de l’Université Stanford, où elle a étudié les propriétés du transport mésocospique dans les nanostructures de basse dimensionnalité. Dans sa recherche aux cycles supérieurs, elle a étendu ses travaux à l’optique quantique et à la nanophotonique, travaillant sur plusieurs projets expérimentaux et théoriques avec des étudiants des cycles supérieurs, des chercheurs postdoctoraux et d’autres collaborateurs.
À l’IQC, Na Young Kim dirige le laboratoire d’innovation quantique, qui utilise divers matériaux conventionnels et de pointe ainsi que des technologies avancées pour construire des processeurs quantiques à grande échelle. Son équipe travaille plus particulièrement à l’intégration de structures photoniques à différents matériaux semiconducteurs pour donner lieu à de puissantes interactions entre la lumière et la matière. Elle utilise aussi les algorithmes classiques d’apprentissage machine pour analyser les processus de bruit des dispositifs classiques et quantiques. En outre, l’équipe évalue continuellement l’utilité des nouveaux matériaux et de leurs hétérostructures dans un large éventail d’applications, comme des détecteurs dont les propriétés sont exposées par modélisation des dispositifs. Na Young Kim remplit plusieurs rôles au laboratoire d’innovation quantique; non seulement elle souhaite imprimer sa vision de la recherche et en définir les objectifs et l’orientation, mais elle excelle aussi comme planificatrice rigoureuse sachant fixer des étapes concrètes et détaillées, comme mentore en recherche poussant les étudiants à réaliser leur potentiel et à se dépasser, et comme chercheuse active menant des expériences pratiques et des analyses de données pour encadrer étroitement ses projets et contribuer à l’exploration scientifique.
« L’avenir des sciences quantiques et de l’ingénierie dépend de la présence de personnes talentueuses et dévouées aussi inébranlables qu’optimistes. Je crois fermement que la recherche est une entreprise intrinsèquement créative qui requiert un apprentissage et un savoir-faire soutenus ainsi qu’un entraînement sans fin. Par conséquent, les chercheurs sont destinés à persévérer et à prospérer, générant de nouvelles connaissances, menant la barque des nouvelles technologies et extrayant de nouveaux apprentissages. C’est ce dévouement qui nous permet de surmonter obstacles, barrières et défis, même les plus inattendus. Nous devons procéder à une introspection profonde pour prendre nos décisions et faire preuve dans nos vies d’un sens aigu de nos responsabilités. »
Récemment, l’équipe interdisciplinaire de Na Young Kim s’est penchée sur des approches hybrides classiques-quantiques pour l’architecture quantique à l’état solide. La première approche consiste à adopter des modèles de réseaux de neurones profonds pour les signaux télégraphiques aléatoires omniprésents dans les dispositifs classiques et quantiques, et la seconde, à établir des méthodes reproductibles pour la production de nanomatériaux et de pellicules de grande qualité pouvant être employés dans la conception et la construction d’un large éventail de dispositifs quantiques photoniques et électroniques.
Katie McDonnell, Ph. D.
Stagiaire postdoctorale, Institut d’informatique quantique
Département de génie électrique et informatique, Université de Waterloo
Katie McDonnell étudiait à l’Université de Glasgow lorsqu’elle a décroché son baccalauréat en mathématiques et en physique; elle a ensuite obtenu une maîtrise en nanoscience à l’Université de Strathclyde. Femme de terrain avant d’être théoricienne, elle a poursuivi sa recherche aux laboratoires d’optique de Strathclyde, ce qui l’a conduit à obtenir un doctorat en optique quantique et en physique atomique.
À l’Institut, la chercheure travaille comme stagiaire postdoctorale avec les professeurs Michael Reimer et Michal Bajcsy sur un projet expérimental qui vise à interfacer des atomes froids et des points quantiques pour créer un répéteur quantique hybride, un système qui divise les longues distances de communication quantique en plusieurs petits segments ayant leur propre cryptage. Les techniques employées au cours de ce projet ont permis aux chercheurs de convertir les longueurs d’onde de photons uniques ou d’emmagasiner la lumière dans l’atome, en utilisant ce dernier comme une mémoire quantique.
« Le domaine des technologies quantiques rassemble des gens issus de diverses disciplines, y compris le génie et la physique, qui sont toutes essentielles au progrès du domaine. J’ai surtout œuvré en physique, mais je dirige actuellement la recherche à la Faculté de génie et mon expérience me permet d’y apporter une couleur différente. C’est une occasion en or pour moi d’acquérir de l’expérience en génie et de faire avancer la recherche collaborative en quantique. »
Katie McDonnell participe bénévolement aux initiatives de vulgarisation scientifique de l’Institut d’informatique quantique; elle a récemment enseigné bénévolement la distribution quantique de clé à un groupe de visiteurs du secondaire. Elle a aussi donné une conférence sur l’informatique quantique au Renison University College de l’Université de Waterloo à des étudiants potentiels dont l’anglais n’était pas la première langue.
Sarah Odinotski
Étudiante à la maîtrise, Institut d’informatique quantique
Département de génie électrique et informatique, Université de Waterloo
Sarah Odinotski a obtenu son baccalauréat en sciences appliqué spécialisé en génie nanotechnologique et effectué un certificat en recherche, régime coopératif à l’Université de Waterloo. Dans ce programme unique, qu’elle recommande aux étudiants qui s’orientent vers la recherche professionnelle, la chercheuse s’est concentrée sur les domaines de la microfabrication, de la nanoélectronique et de la nanomédecine. Son choix s’est arrêté sur le génie nanotechnologique en raison de la créativité, de la recherche de solutions et de l’enrichissement personnel qui caractérisent ce milieu interdisciplinaire inspirant.
« Je crois que le génie est un domaine intéressant, car il nous permet de nous concentrer sur des façons créatives de passer de la théorie à des outils pratiques aux retombées sociales utiles. Mon conseil pour celles et ceux qui souhaitent se diriger dans cette branche? Gardez l’esprit ouvert et reconnaissez vos erreurs, car c’est ainsi que l’on apprend le plus! »
Aujourd’hui, Sarah Odinotski est étudiante à la maîtrise au laboratoire du professeur Michael Reimer; elle conçoit un détecteur de photon unique utilisé en biophotonique, un domaine de recherche qui combine biologie et photonique pour étudier les processus optiques dans des matériaux naturels et artificiels. Elle aime travailler en recherche translationnelle pour produire des résultats accessibles et bénéfiques pour le public. En réorientant sa carrière vers la conception d’appareils médicaux, elle a compris toute la portée du travail de laboratoire dans le bien-être et la qualité de vie des gens.
En 2021, elle a été nommée étudiante en génie au régime coopératif de l’année à l’Université de Waterloo ainsi que femme de l’année Kitchener-Waterloo dans la catégorie jeune adulte. Jusqu’à maintenant, elle a contribué à la conception et à la création de deux capteurs au point d’intervention : un biocapteur de pH à base d’hydrogel, pour lequel elle attend un brevet américain, ainsi qu’un biocapteur de cortisol, pour lequel l’équipe de conception s’est vu décerner le prix d’entrepreneuriat Norman-Esch. Elle espère que ces réussites marquent le début d’une carrière florissante qui s’amorce avec sa maîtrise à l’Institut d’informatique quantique.
Cindy Yang
Étudiante au doctorat, Institut d’informatique quantique
Département de génie électrique et informatique, Université de Waterloo
Après son baccalauréat ès sciences appliquées en génie nanotechnologique à l’Université de Waterloo, Cindy Yang a choisi l’IQC pour faire son doctorat. Le programme coopératif de l’Université de Waterloo lui a permis d’explorer divers champs de recherche au Sunnybrook Research Institute, de la synthèse de nouveaux nanomatériaux au développement de capteurs ultrasoniques, ainsi que de travailler en acoustofluidique à l’Université RMIT (Royal Melbourne Institute of Technology).
« L’information est physique, et ses manifestations relèvent de l’ingénierie. Il existe des espaces vides entre les différents champs d’expertise, espaces que les ingénieurs œuvrent à combler. C’est un travail plutôt complexe qui requiert vraiment toutes sortes de connaissances, mais qui est aussi tellement valorisant. »
Axés sur l’électrodynamique quantique en guide d’ondes, les travaux actuels de Cindy Yang révèlent de nombreux effets intrigants des émetteurs quantiques, comme la désintégration corrélée et les interactions d’échange, qui pourraient se répercuter sur des applications comme la photonique intégrée, le traitement d’information quantique et les systèmes de communication optique. La recherche expérimentale de Mme Yang porte surtout sur les nouvelles configurations de guides d’ondes à l’aide de circuits supraconducteurs.
En 2020, Cindy Yang a reçu la première bourse d’études supérieures Raymond-Laflamme-et-Janice-Gregson pour les femmes en informatique quantique, pour ses grandes réussites scolaires et pour son potentiel d’excellence en recherche. Plus récemment, elle a reçu le prix commémoratif Jim-et-Diane-Ohi, pour son leadership au Département de génie électrique et informatique et, encore une fois, pour ses grandes réussites scolaires. Ce prix reconnaît l’efficacité de son leadership ainsi que ses nombreuses contributions à la communauté étudiante des cycles supérieurs de ce département pendant son mandat à la présidence de l’association des étudiants des cycles supérieurs du Département de génie électrique et informatique. À l’heure actuelle, elle représente ses collègues doctorants du Département au comité consultatif des étudiants en génie des cycles supérieurs et travaille activement comme bénévole et organisatrice d’événements variés (séances d’orientation, marathons de programmation, convocations, et écoles d’été USEQIP et QSYS de l’IQC pour les étudiants du premier cycle et les élèves du secondaire). Enfin, elle est titulaire d’une bourse d’études supérieures de l’Ontario (BESO).