This year, the Institute for Quantum Computing (IQC) celebrates our members Albie Chan, a PhD student at IQC who won the Dean of Science Award from the Department of Physics and Astronomy, and Nicki Shaw, senior facility microscopist at the Quantum-Nano Fabrication and Characterization Facility (QNFCF) who was awarded the Department of Chemistry’s award.
Each year, the Faculty of Science awards one master’s graduate in each department with the Dean of Science Award, in recognition of outstanding academic performance over the previous year. Chan and Shaw graduated with their master’s degrees in the fall 2023 convocation ceremony.
Albie Chan
Albie Chan completed his master’s degree at IQC under the supervision of Dr. Christine Muschik, IQC faculty member and professor in the Department of Physics and Astronomy. His research project focused on the design of quantum circuits with unconventional features that go beyond typical gates and registers, tackling some important challenges currently faced within quantum computing.
His master’s research consisted of two projects; the first considered variational quantum eigensolvers (VQE), which are hybrid algorithms that allocate quantum computational tasks to classical hardware.
“We found that by designing variational quantum circuits based on graphs, they could be easily tailored to a VQE problem by modifying gates according to the graph’s connectivity. By exploiting specific classes of graphs, we could also translate measurement-based VQE computations into reduced depth circuits with intermediate measurements and classical conditioning.”
Chan’s second project worked on an alternative to quantum error correction, performing many imperfect quantum gates in a parallel superposition. This approach generates correlated errors which deconstructively interfere, enhancing the fidelity of the original gate. As a more resource-efficient way to mitigate errors, it is his hope that the insights gained from this project can be extended towards more complex communication scenarios within the field of quantum information processing.
“I'm incredibly humbled and honored to receive the Dean of Science Award. To me, this recognition not only acknowledges the hard work and perseverance I put into my master’s studies but also signifies that my research has attracted great interest within the physics community at Waterloo,” says Chan. “This has inspired me to further develop my research skills and strive for even greater scientific contributions in the future.”
Having completed his master’s degree, Chan has chosen to continue his research in Dr. Muschik’s group to pursue a doctoral degree. His upcoming projects involve exploring the topics of quantum error correction for qudits (storing quantum information on systems with more than two levels), and quantum networks with self-calibrating properties.
Nicki Shaw
Nicki Shaw completed her master’s degree under Dr. German Sciaini, a professor in Waterloo’s Department of Chemistry. Following her degree, she joined the IQC community as a Senior Facility Microscopist at the Quantum-Nano Fabrication and Characterization Facility (QNFCF).
Shaw’s research project considered liquid phase electron microscopy, using transmission electron microscopy (TEM). Her project focused specifically on creating thinner windows for the nanofabricated cells that enclose the liquid samples, so they could be imaged in higher resolutions in the TEM. She then used these holders to image biomaterials like viruses. “The overall aim of my project was to enable the structural determination of biological particles in their native (liquid) environment. Liquid phase electron microscopy has the benefit of visualizing the dynamics and interactions of these particles, a key to understanding the function of biomaterials on a molecular scale.”
Her research also helped to address the lack of available software for analyzing the TEM videos captured by creating an open-source tool (Napari EMD File Viewer) to enable the analysis of TEM videos by decoding the data structure.
“My education began in the UWaterloo biochemistry program, where I focused on microbiology. I never expected to end up working in nanofabrication, doing a master's in physical chemistry, and being in my current role in the QNFCF. I hope that I can inspire others to take chances and pursue research across different fields,” Shaw says.
“I am incredibly honoured to receive the Dean of Science Award. TEM is an astoundingly powerful technique and a field in itself, but it also complements a wide variety of research being done on campus. I am thrilled to be in my current role, enabling students at Waterloo to access this kind of instrument.”
L’IQC célèbre les nouveaux lauréats du Prix du doyen de la Faculté des sciences
Cette année, l’Institut d’informatique quantique (IQC) célèbre deux de ses membres lauréats du Prix du doyen de la Faculté des sciences : Albie Chan, doctorant à l’IQC, qui a remporté le prix du Département de physique et d’astronomie, et Nicki Shaw, microscopiste principale de l’Installation de fabrication et caractérisation nanométriques quantiques (QNFCF), qui a remporté le prix du Département de chimie.
Chaque année, la Faculté des sciences décerne à un titulaire d’une maîtrise de chaque département le Prix du doyen de la Faculté des sciences, pour souligner un rendement scolaire exceptionnel lors de l’année précédente. Albie Chan et Nicki Shaw ont reçu leur diplôme de maîtrise à la collation des grades de l’automne 2023.
Albie Chan
Albie Chan a terminé sa maîtrise à l’IQC sous la supervision de Christine Muschik, membre du corps professoral de l’IQC et professeure au Département de physique et d’astronomie. Ses travaux de recherche portaient sur la conception de circuits quantiques aux caractéristiques inhabituelles allant au-delà des portes et registres typiques, et visaient à résoudre d’importants problèmes de l’informatique quantique actuelle.
Sa recherche de maîtrise s’est déroulée dans deux projets. Le premier consistait à étudier les solveurs quantiques variationnels de valeurs propres, des algorithmes hybrides permettant d’affecter des tâches de calcul quantique à du matériel classique.
« Nous avons découvert qu’en concevant des circuits quantiques variationnels fondés sur des graphes, nous pouvions facilement les adapter à des applications pour solveur quantique variationnel de valeurs propres, en modifiant les portes selon la connectivité du graphe. En utilisant différentes classes de graphes, nous avons aussi pu convertir les calculs de solveurs quantiques basés sur des mesures en circuits de profondeur réduite avec des mesures intermédiaires et un conditionnement classique. »
Le deuxième projet d’Albie Chan portait sur une solution de rechange à la correction d’erreur quantique, laquelle emploie plusieurs portes quantiques imparfaites en superposition parallèle. Cette nouvelle approche génère des erreurs corrélées à interférence destructive pour accroître la fidélité de la porte originale. Cette méthode de correction des erreurs étant plus économe en ressources, l’étudiant espère que ses découvertes pourront être appliquées à des scénarios de communication plus complexes en traitement quantique de l’information.
« Je me sens absolument touché et honoré de recevoir le Prix du doyen de la Faculté des sciences. Pour moi, ce prix souligne non seulement mes efforts acharnés et ma persévérance pendant ma maîtrise, mais me fait aussi savoir que ma recherche a attiré l’attention de la communauté de physique à l’Université de Waterloo, affirme Albie Chan. Cela me motive à développer mes compétences en recherche et à viser des contributions scientifiques encore plus importantes à l’avenir. »
Après avoir obtenu son diplôme de maîtrise, Albie Chan a décidé de continuer sa recherche au doctorat, dans le groupe de Mme Muschik. Pour ses projets à venir, il compte explorer la correction d’erreur quantique pour les qudits (stockage d’information quantique dans des systèmes de plus de deux niveaux) et les réseaux quantiques à autoétalonnage.
Nicki Shaw
Nicki Shaw a terminé sa maîtrise sous la supervision de Germán Sciaini, professeur au Département de chimie de l’Université de Waterloo. Elle s’est ensuite jointe à la communauté de l’IQC en tant que microscopiste principale de l’Installation de fabrication et caractérisation nanométriques quantiques (QNFCF).
Son projet de recherche utilisait la microscopie électronique en transmission (MET) pour étudier la microscopie électronique en phase liquide, et portait plus précisément sur la création de fenêtres plus minces pour les cellules nanofabriquées contenant les échantillons liquides, afin que ces derniers puissent être captés à plus haute résolution par MET. Ces contenants ont servi à capter des images de biomatériaux, comme des virus. « En gros, mon projet visait la détermination structurale de particules biologiques dans leur environnement natif (liquide). L’avantage de la microscopie électronique en phase liquide, c’est qu’elle permet de visualiser les dynamiques et les interactions de ces particules, ce qui est essentiel à la compréhension de la fonction des biomatériaux sur le plan moléculaire. »
Sa recherche a aussi aidé à combler le manque de logiciels d’analyse des vidéos de MET, grâce à la création d’un outil en source ouverte (Napari EMD File Viewer) permettant une telle analyse par le décodage de la structure de données.
« J’ai commencé mes études dans le programme de biochimie de l’Université de Waterloo, en me concentrant sur la microbiologie. Je n’avais jamais imaginé que je me retrouverais à travailler en nanofabrication, à faire une maîtrise en chimie physique et à occuper mon poste actuel à la QNFCF. J’espère que je pourrai inspirer d’autres personnes à tenter leur chance et à faire de la recherche dans différents domaines », ajoute Nicki Shaw.
« Je suis énormément honorée de recevoir le Prix du doyen de la Faculté des sciences. La MET est une technique d’une puissance ahurissante et un domaine en soi, mais elle complète aussi une foule de travaux sur le campus. Je suis ravie que mon poste me permette d’aider les étudiants de Waterloo à accéder à un tel outil. »