Seed fund continues to support new diverse quantum projects

Tuesday, April 20, 2021

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Two projects most recently supported by the Quantum Quest Seed Fund (QQSF) aim to make quantum concepts more easily understood. The goal of one project is to explain how differences in cultural background influence perception and acceptance to the basic principles of quantum physics, while the other aims to use interactive digital storytelling to advance quantum literacy.

Awarded by Transformative Quantum Technologies (TQT), the fund encourages new ideas and applications for quantum technologies. QQSF uncovers opportunities to researchers from diverse fields that don’t typically work with quantum devices – this time, reaching the Faculty of Arts at the University of Waterloo. To date, 30 projects have been awarded, and over $2.8 million in funding distributed.

Linking one's culture to their perception and acceptance of quantum physics

As quantum technologies become increasingly integrated into human lives, exposure to new concepts can challenge people’s thoughts about physical reality, because quantum concepts can seem counterintuitive. However, they may not be equally counterintuitive to people from all cultural backgrounds because culture shapes the way people make sense of the world.

Igor Grossmann in collaboration with Richard Eibach, both associate professors in the psychology department, seek to explain how cultural differences in folk epistemologies influence one’s receptivity to these novel quantum concepts. If the hypothesized effects are obtained, they may suggest that the integration of quantum technologies into societies not only transforms the economy but also drives constructive cultural change.

Using interactive digitial storytelling to advance quantum literacy 

Augmented reality (AR) and extended reality (XR) are digital experiences of interaction with virtually rendered 2D and 3D objects. AR and XR environments have become increasingly popular due to their approach of experimental learning. To that effect, this way of storytelling has been adopted as a unique method of communicating complex ideas.

A roadblock to the broader adoption of quantum technologies is its seemingly abstract concepts can make it difficult to understand, especially through scientific language. Lai-Tze Fan, assistant professor in the department of english language and literature department, has received funding to use digital storytelling to better communicate quantum and its benefits. This project includes the development of AR and XR creations that use 3D versions of foundational quantum phenomena, and then making them open-source online resources to maximize reach to global audiences. Fan is working in collaboration with Caitlin Fisher in the film department at York University, and Victoria McArthur in the journalism and communication department at Carleton University.

Quantum Quest Awardees

Two projects have received a total of $69,051 in seed funding from cycle eight.

Cycle 8

  • Folk Understanding of Quantum Physics 
    • Igor Grossman, Associate Professor in the Department of Psychology, in collaboration with Richard Eibach, Associate Professor in the Department of Psychology
  • Using Interactive Digital Storytelling to Represent Transformative Quantum Technologies in Augmented/Extended Reality Environments 
    • Lai-Tze Fan, Assistant Professor in the Department of English Language and Literature, in collaboration with Caitlin Fisher, Associate Professor in the Department of Film at York University, and Victoria McArthur, Associate Professor in the Department of Journalism and Communication at Carleton University

See past awardees:

Demonstrated impact

Through its four years of funding, the QQSF support has spurred innovation in the quantum realm at the University of Waterloo. One of several breakthroughs enabled by TQT’s funding include the development of a compact and efficient terahertz light source. Terahertz radiation holds important applications like enhancing detection capabilities to see through packaging and improving characterization methods for drugs, proteins and bacteria. Since terahertz light is particularly difficult to produce and existing sources are too bulky and power-hungry for widespread application, the demonstration of a powerful and portable Terahertz Quantum Cascade Laser has been made. Thanks to awardee Zbig Wasilweski, associate faculty member at IQC, this innovation in terahertz technology paves the way to its broad deployment.

The QQSF continues to expand the quantum community at the University of Waterloo with 16 awards supporting faculty outside of IQC.

Two other seed projects awarded to Na Young Kim, associate professor and faculty member at IQC, prove QQSF’s impact on quantum advancements. 

Over the last two decades, superconducting quantum computing architecture has seen drastic improvements, but unknown noise sources still limit the coherence time of superconducting qubits. In this project, gate-controlled Josephson-Junctions (JJs) composed of carbon nanotube (CNT) thin films are being built to act as a promising superconducting qubit for quantum computers. The benefits of this approach include superb interface engineering capability, small integration footprint, and high-temperature operation – expecting to achieve superior performance relative to the current state-of-the-art JJs.

Kim’s other project aims to enable new opportunities for photonic quantum computation through integrated quantum photonic devices on a chip. 2D materials are extremely thin and flexible, and have emerged as a host for a range of exciting new quantum phenomena, particularly when different 2D materials are stacked together. Through collaborations, Na Young plans to address the challenges of stacking more than two layers of 2D materials. This will solidify knowledge of physical and chemical properties of stackable heterostructures and will propose novel multifunctional quantum devices systems.

TQT is funded in part thanks to the Canada First Excellence Research Fund (CFREF).


Un fonds de démarrage continue d’appuyer divers projets de physique quantique

Deux projets qui ont récemment bénéficié d’un financement du Fonds de démarrage en développement quantique (FDDQ) visent à faire mieux comprendre les concepts de la physique quantique. L’un de ces projets a pour objectif d’expliquer l’influence de contextes culturels différents sur la perception et l’acceptation des principes de base de la physique quantique. L’autre projet vise à utiliser des récits numériques interactifs pour faire progresser la culture quantique.

Les fonds accordés par Technologies quantiques transformatrices (TQT) favorisent l’éclosion de nouvelles idées et applications des technologies quantiques. Le FDDQ ouvre des possibilités à des chercheurs qui n’utilisent habituellement pas de dispositifs quantiques dans leur domaine. Cette fois, ce sont des chercheurs de la Faculté des arts de l’Université de Waterloo qui en bénéficient. À ce jour, 30 projets ont été financés, et plus de 2,8 millions de dollars distribués.

Liens entre la culture d’une personne et sa perception et son acceptation de la physique quantique

Alors que les technologies quantiques sont de plus en plus présentes dans nos vies, l’exposition à de nouveaux concepts peut remettre en question les idées des gens sur la réalité physique, puisque les notions quantiques peuvent sembler contre-intuitives. Cependant, ces notions peuvent être plus ou moins contre-intuitives selon le contexte culturel, car la culture façonne notre vision du monde.

Igor Grossmann et Richard Eibach, tous deux professeurs agrégés au Département de psychologie, cherchent à expliquer l’influence des différences culturelles entre épistémologies populaires sur la réceptivité à ces nouveaux concepts quantiques. Si les hypothèses formulées sont vérifiées, cela pourrait laisser entendre que l’intégration des technologies quantiques dans les sociétés peut non seulement transformer l’économie, mais aussi entraîner des changements culturels constructifs.

Des récits numériques interactifs pour faire progresser la culture quantique

La réalité augmentée (RA) et la réalité étendue (RE) sont des expériences numériques d’interaction avec des objets 2D et 3D virtuels. Les environnements de RA et de RE sont devenus de plus en plus populaires en raison des méthodes d’apprentissage expérimental qu’ils mettent en œuvre. Des récits élaborés avec ces méthodes sont devenus un moyen unique de communiquer des idées complexes.

Un obstacle à l’adoption à grande échelle des technologies quantiques vient de leurs concepts en apparence abstraits qui rendent ces technologies difficiles à comprendre, en particulier lorsqu’elles sont décrites en langage scientifique. Lai-Tze Fan, professeure adjointe au Département de langue et littérature anglaises, vient d’obtenir des fonds pour utiliser le récit numérique comme moyen de mieux communiquer la physique quantique et ses avantages. Ce projet comprend le développement d’œuvres de RA et de RE qui font appel à des versions 3D de phénomènes quantiques fondamentaux, puis font de ces œuvres des ressources ouvertes en ligne pour qu’elles rejoignent un vaste public. Mme Fan travaille en collaboration avec Caitlin Fisher, du Département de cinéma de l’Université York, et Victoria McArthur, du Département de journalisme et communication de l’Université Carleton.

Récipiendaires du Fonds de démarrage en développement quantique

Deux projets ont obtenu des fonds de démarrage totalisant 69 051 $ lors du cycle de financement no 8.

Cycle no 8

  • Compréhension populaire de la physique quantique
    • Igor Grossman, professeur agrégé au Département de psychologie, en collaboration avec Richard Eibach, professeur agrégé au Département de psychologie
  • Utilisation du récit numérique interactif pour représenter des technologies quantiques transformatrices dans des environnements de réalité augmentée et de réalité étendue
    • Lai-Tze Fan, professeure adjointe au Département de langue et littérature anglaises, en collaboration avec Caitlin Fisher, professeure agrégée au Département de cinéma de l’Université York, et Victoria McArthur, professeure agrégée au Département de journalisme et communication de l’Université Carleton

Voir les récipiendaires antérieurs :

Un impact certain

Depuis ses 4 ans d’existence, le FDDQ stimule l’innovation dans le domaine quantique à l’Université de Waterloo. Parmi plusieurs percées favorisées par le financement de TQT, mentionnons la mise au point d’une source de rayonnement térahertz compacte et efficace. Le rayonnement térahertz, ou rayonnement submillimétrique, a d’importantes applications telles que des capacités accrues de détection pour voir à l’intérieur d’emballages et l’amélioration des méthodes de caractérisation de médicaments, de protéines et de bactéries. Comme les ondes térahertz sont particulièrement difficiles à produire et que les sources actuelles sont trop massives et énergivores pour être utilisées à grande échelle, le projet a permis la démonstration d’une source puissante et portative de laser térahertz à cascade quantique. Grâce à Zbig Wasilweski, professeur agrégé à l’IQC et bénéficiaire des fonds du FDDQ, cette innovation dans la technologie térahertz pourra être déployée à grande échelle.

Le FDDQ continue d’élargir la communauté de la physique quantique à l’Université de Waterloo, avec 16 subventions accordées à des professeurs de l’extérieur de l’IQC.

Deux autres subventions accordées à Na Young Kim, professeure agrégée à l’IQC, illustrent l’impact du FDDQ sur les progrès en physique quantique.

Depuis une vingtaine d’années, l’architecture des ordinateurs quantiques à qubits supraconducteurs s’est améliorée de façon spectaculaire, mais des sources de bruit inconnues limitent encore la durée de cohérence des qubits supraconducteurs. Le projet de Mme Kim consiste à construire des jonctions de Josephson interruptibles, composées de pellicules minces de nanotubes de carbone. Ces jonctions pourraient constituer des qubits supraconducteurs prometteurs pour des ordinateurs quantiques. Les avantages de cette méthode comprennent une capacité d’interface remarquable, une faible empreinte d’intégration et un fonctionnement à haute température, ce qui devrait donner des performances supérieures par rapport aux jonctions de Josephson actuelles.

L’autre projet de Na Young Kim vise à ouvrir de nouvelles possibilités de calcul quantique photonique, par l’intégration de dispositifs quantiques sur une puce. Les matériaux 2D sont extrêmement minces et souples, et on découvre qu’ils donnent lieu à une série de phénomènes quantiques nouveaux très intéressants, en particulier lorsque l’on empile différents matériaux 2D. En collaborant avec d’autres scientifiques, Mme Kim compte s’attaquer aux défis de l’empilement de plus de 2 couches de matériaux 2D. Cela améliorera nos connaissances sur les propriétés physiques et chimiques des hétérostructures empilables, et permettra de proposer de nouveaux dispositifs quantiques multifonctionnels.

TQT est financé en partie par le Fonds d’excellence en recherche Apogée Canada (FERAC).

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