The Vanier Canada Graduate Scholarship program is awarded to highly qualified doctoral students who demonstrate academic excellence, research potential and leadership. IQC is proud to congratulate Shayan Majidy, a PhD student in the University of Waterloo’s Department of Physics and Astronomy and Institute for Quantum Computing.
Congratulations Shayan. To start off, could you explain what you study?
There are two questions I’ve been interested in during my grad studies.
One is, where is the ‘quantum’ in quantum systems? Just because something is small, that doesn’t mean it can have quantum behaviour. And just because something is big, that doesn’t mean it can’t. So how do you actually test for real quantum behaviour?
More recently, I’ve been interested in finding out if you can gain any thermodynamic advantage with quantum mechanics.
Say you take a cup of coffee, put it on a table and wait for it to reach room temperature. What happens there is that your system—your coffee—exchanges heat and maybe some particles with the environment. In the field, we say it exchanges charges with its bath. And that’s what systems do. They exchange charges with their bath until they reach equilibrium.
In quantum mechanics, there is this feature called non-commutation where you have some uncertainty in these different things you’re observing. If you have a cup of quantum coffee exchanging heat and particles with the bath, but you can’t know both the heat and the particles exactly all the time, does that change how that system thermalizes?
There’s been some interesting theoretical work done for studying systems that exchange non-commuting charges. But nobody has done any experiments in the field yet. Nicole Yunger Halpern at the University of Maryland and I recently helped bridge this gap by finding an algorithm in which you pick what charges you want to be exchanged and you get the equation describing how that system will look experimentally. Hopefully, many of these theoretical results can now be tested.
What are you excited about for the future of quantum?
I’m really excited about the different sectors that quantum computing might impact in the future. For example, a lot of people don’t think about medicine or the environment when they think about quantum computers. But it’s possible that quantum computers will help companies synthesize new drugs or help us find more efficient ways to convert nitrogen to ammonia for fertilizer, which is a process that takes up a huge amount of our global energy usage.
What does winning the Vanier Graduate Scholarship mean to you?
A lot of students, including myself, struggle with imposter syndrome. I was not a great student during my undergrad. But I’ve been working really hard in grad school to catch up, yet there is always this nagging voice in my head telling me that I don’t really belong here. This award provides some external validation.
It also reminds me of the people who have supported me during grad studies.
I have been very lucky to work with [IQC and Physics and Astronomy faculty member] Raymond Laflamme, Jonathan Halliwell at Imperial College, and Nicole Yunger Halpern. They’re all people who know an incredible amount about their field, who will take the time to explain what they know, and who are all really good at explaining complex subject matter.
Our scientific outreach non-profit Unentangledwould not have come into existence without [IQC scientific outreach manager] John Donohue’s support. I wouldn’t be writing a textbook about experimental quantum computing if I wasn’t working with Ray and [IQC and Electrical and Computer Engineering faculty member] Christopher Wilson.
I feel like my whole journey has been about meeting the right people.
What do you like to do outside of research?
A big part of my life is outreach. Before coming to grad school, I was working full-time with the Junior Youth Spiritual Empowerment Program. That program really instills a sense of duty in you to help younger generations. And I carried that with me to grad school.
I participated in outreach programs at IQC, the Perimeter Institute and the University of Waterloo, and I started Unentangled, which aims to connect students with new research and help them understand what science is and how its tools can help anyone on an everyday basis.
The textbook that I am writing with Chris Wilson and Ray Laflamme is another key project I am spending time on lately.
A text on experimental quantum computing is something I wished was available when I started my studies, and now we are writing one that introduces the physics of the different types of quantum computers that are being developed at IQC.
Early drafts of the book have already been used for some courses here, and we’re going to negotiate with the publishers to make a free copy of the book available so that no one has limitations in getting access to good quality education in quantum computing.
We hope the book will make it easier for more universities to offer courses in experimental quantum computing.
Is there anything you think grad students or aspiring grad students out there should know?
I like to tell grad students about something my friend Zlatko Minev [IBM physicist and founder of OpenLabs] said to me. He said that your sense of achievement will come from your career accomplishments, but your sense of fulfillment will come from the service you do for others.
I think that is important for grad students to hear because it is so easy to get caught up in publishing, getting good grades, applying to scholarships and so on. It adds so much to your life to help others.
Un étudiant de l’IQC obtient une bourse d'études supérieures du Canada Vanier
Le programme des bourses d'études supérieures du Canada Vanier est destiné à des doctorants hautement qualifiés qui font preuve d’excellence universitaire, d’un fort potentiel de recherche et de grandes compétences en leadership. L’IQC est fier de féliciter Shayan Majidy, doctorant à l’Institut d’informatique quantique ainsi qu’au Département de physique et d’astronomie de l’Université de Waterloo, pour l’obtention d’une de ces bourses.
Félicitations Shayan. Pour commencer, pouvez-vous nous expliquer ce que vous étudiez?
Je me suis intéressé à deux questions au cours de mes études supérieures.
D’abord, j’ai essayé de répondre à la question : « Où est l’aspect quantique des systèmes quantiques? ». Ce n’est pas parce que quelque chose est petit qu’il peut avoir un comportement quantique, ou parce que quelque chose est gros qu’il ne peut pas avoir un tel comportement. Par conséquent, comment peut-on tester un véritable comportement quantique?
Ensuite, plus récemment, j’ai commencé à essayer de savoir si la mécanique quantique permet d’obtenir un quelconque avantage thermodynamique.
Prenons l’exemple d’une tasse de café chaud. On la pose sur une table et on attend qu’elle atteigne la température ambiante. Ce qui se passe, c’est que ce système — la tasse de café — échange de la chaleur et peut-être quelques particules avec son environnement. Dans le domaine, on dit qu’il échange des charges avec son milieu. C’est ce que font les systèmes : ils échangent des charges avec leur milieu jusqu’à ce qu’ils atteignent un état d’équilibre.
En mécanique quantique, il y a une propriété de non-commutation où il y a de l’incertitude sur ce que l’on observe. Si une tasse de café quantique échange de la chaleur et des particules avec le milieu, mais que l’on ne peut pas toujours connaître avec exactitude l’état de la chaleur et des particules, cela change-t-il la manière dont ce système atteint un équilibre thermique?
Certains travaux théoriques intéressants ont été effectués sur des systèmes qui échangent des charges sans commutation. Mais personne n’a encore effectué d’expériences dans ce domaine. Nicole Yunger Halpern, de l’Université du Maryland, et moi-même avons récemment contribué à combler cette lacune en trouvant un algorithme dans lequel on choisit les charges à échanger et on obtient l’équation qui décrit quelle sera l’allure de ce système dans une expérience. On espère que beaucoup de résultats théoriques dans le domaine pourront maintenant être testés.
Qu’est-ce qui vous enthousiasme dans l’avenir du domaine quantique?
Je suis vraiment enthousiasmé par les divers secteurs où l’informatique quantique pourrait avoir des répercussions dans l’avenir. Par exemple, beaucoup de gens ne pensent pas à la médecine ou à l’environnement comme des domaines d’application possibles de l’informatique quantique. Mais il se peut que des ordinateurs quantiques aident des entreprises à synthétiser de nouveaux médicaments ou nous aident à trouver des manières plus efficaces de transformer l’azote en ammoniaque pour fabriquer des engrais, processus qui représente une bonne part de notre consommation totale d’énergie.
Que représente pour vous l’obtention de la bourse d'études supérieures du Canada Vanier?
Beaucoup d’étudiants, y compris moi-même, luttent contre le syndrome de l’imposteur. Je n’étais pas un excellent étudiant au 1er cycle universitaire, mais j’ai travaillé vraiment fort pendant mes études supérieures pour me rattraper. Pourtant, il y a toujours dans ma tête cette voix tenace qui me dit que je ne suis pas vraiment à ma place. Cette bourse me procure une certaine validation externe.
Elle me rappelle aussi les personnes qui m’ont soutenu pendant mes études supérieures.
J’ai eu beaucoup de chance de travailler avec Raymond Laflamme [professeur à l’IQC ainsi qu’au Département de physique et d’astronomie], Jonathan Halliwell, du Collège impérial de Londres, et Nicole Yunger Halpern. Toutes ces personnes ont des connaissances extraordinaires dans leur domaine, prennent le temps de transmettre ce qu’elles savent et sont vraiment douées pour expliquer des choses complexes.
Notre groupe à but non lucratif de vulgarisation scientifique Unentangled (Démêler) n’aurait jamais vu le jour sans John Donohue [directeur de la vulgarisation scientifique à l’IQC]. Je ne serais pas en train d’écrire un manuel sur l’informatique quantique expérimentale si je ne travaillais pas avec Raymond Laflamme et Christopher Wilson [professeur à l’IQC ainsi qu’au Département de génie électrique et informatique].
J’ai l’impression que tout mon parcours a consisté à rencontrer les bonnes personnes.
Qu’aimez-vous faire en dehors de la recherche?
La diffusion des connaissances occupe une place importante dans ma vie. Avant de venir faire des études supérieures, je travaillais à plein temps au Junior Youth Spiritual Empowerment Program (Programme d’autonomisation spirituelle des jeunes). Ce programme suscite vraiment un sens du devoir d’aider les jeunes générations. Et j’ai conservé ce sens du devoir pendant mes études supérieures.
J’ai participé à des programmes de vulgarisation à l’IQC, à l’Institut Périmètre et à l’Université de Waterloo, et j’ai fondé le groupe Unentangled (Démêler), qui vise à faire connaître aux étudiants de nouvelles recherches, ainsi qu’à leur faire comprendre ce qu’est la science et comment ses outils peuvent aider tout le monde de manière quotidienne.
Le manuel que je suis en train d’écrire avec Christopher Wilson et Raymond Laflamme est un autre projet important sur lequel je travaille depuis quelque temps.
Quand j’ai commencé mes études, j’aurais aimé avoir à ma disposition un manuel sur l’informatique quantique expérimentale. Celui que nous écrivons maintenant présente la physique des divers types d’ordinateurs quantiques en cours de développement à l’IQC.
Les premières ébauches de cet ouvrage ont déjà été utilisées pour certains cours donnés ici. Nous allons négocier avec les éditeurs pour qu’un exemplaire du livre soit disponible gratuitement, afin que tous puissent avoir accès à une instruction de bonne qualité en informatique quantique.
Nous espérons que ce manuel aidera davantage d’universités à offrir des cours en informatique quantique expérimentale.
Y a-t-il quelque chose que, selon vous, les étudiants ou aspirants étudiants diplômés devraient savoir?
J’aime répéter aux étudiants diplômés ce que mon ami Zlatko Minev [physicien chez IBM et fondateur d’OpenLabs] m’a dit un jour : les réalisations professionnelles procurent un sentiment d’accomplissement, mais c’est de rendre service aux autres qui donne un sentiment de plénitude.
Selon moi, cette idée est importante pour les étudiants diplômés, car il est très facile d’être happé par l’obligation de publier, d’obtenir de bonnes notes, de faire des demandes de bourse, etc. Aider les autres enrichit énormément une vie.