Un nouveau programme d’été en technologies quantiques offre des opportunités de recherche de premier cycle: UNM Newsroom

Les technologies quantiques ont la promesse de révolutionner les technologies futures dans l’informatique, la communication, la détection et l’approfondissement de notre compréhension de l’univers. Ils exploitent les caractéristiques uniques des systèmes de mécanique quantique pour des dispositifs tels que les systèmes laser, les transistors et les dispositifs à semi-conducteurs et d’autres dispositifs tels que les imageurs IRM.

Aujourd’hui, l’UNM s’appuie sur cet accent avec un nouveau programme qui offre une expérience pratique de recherche de premier cycle dans les technologies quantiques. La nouvelle expérience de recherche de premier cycle quantique au Center for High Technology Materials ou programme QU-REACH, un programme de recherche d’été de premier cycle, a récemment conclu sa toute première session de 10 semaines.

Le programme est conçu pour favoriser et tirer parti de l’infrastructure de recherche de longue date et en croissance dans les technologies quantiques à l’UNM, en particulier dans des centres de recherche dédiés tels que le Center for High Tech Materials (CHTM) et CQuIC. Le programme a offert aux étudiants de tout l’État des établissements d’enseignement supérieur de quatre et deux ans du Nouveau-Mexique une première expérience pratique de recherche de premier cycle en technologies quantiques.

« Notre objectif est que QU-REACH serve de point de départ aux étudiants du Nouveau-Mexique pour poursuivre leurs recherches sur les technologies quantiques et les carrières connexes dans les universités, l’industrie et les laboratoires nationaux », a déclaré Victor Acosta, professeur agrégé du département de physique et du CHTM. « Nous avons conçu le programme de manière à ce qu’il puisse servir l’État du Nouveau-Mexique et les étudiants de l’État. Nous avons des forces relatives à l’UNM dans le domaine de la technologie quantique, et nous voulions aider à initier les étudiants du Nouveau-Mexique au domaine et leur donner les graines qui peuvent se transformer en opportunités futures s’ils choisissent de poursuivre une carrière dans le domaine.

Des projets étaient disponibles dans un large éventail de disciplines, notamment la physique, la chimie, le génie électrique, le génie mécanique) liés aux trois pierres angulaires des technologies quantiques, à savoir : la détection quantique, les communications quantiques et l’informatique quantique.

« Nous avons des forces relatives à l’UNM dans le domaine de la technologie quantique, et nous voulions aider à initier les étudiants du Nouveau-Mexique au domaine et leur donner les graines qui peuvent se transformer en opportunités futures s’ils choisissent de poursuivre une carrière dans le domaine. » – Professeur agrégé Victor Acosta

L’un des sept projets sur lesquels les étudiants peuvent travailler cet été, c’était la propre détection quantique d’Acosta avec des centres Nitrogen-Vacancy en diamant.

Le laboratoire d’Acosta, le Quantum Nanophotonics and Biosensing Lab, étudie l’intersection de la physique de la matière condensée, de l’optique quantique et de l’imagerie biomédicale. Le groupe se spécialise dans l’utilisation des centres de couleur du diamant comme capteurs quantiques pour étudier les phénomènes magnétiques à l’échelle nanométrique dans les systèmes physiques, chimiques et biologiques. Leur système de qubit modèle est le centre Nitrogen Vacancy (NV) en diamant qui offre une combinaison unique de détection optique haute fidélité et de longs temps de cohérence de spin à température ambiante. Le groupe se compose actuellement de sept étudiants diplômés et de deux post-doctorants.

Deux étudiants de QU-REACH ont travaillé sur un projet de détection quantique en cours visant à utiliser des centres NV pour imager des champs magnétiques avec une résolution spatiale au-delà de la limite de diffraction optique (« super-résolution »). Les étudiants ont acquis de l’expérience dans la théorie de la détection quantique et de la physique du spin, la maquette optique, le contrôle expérimental (LabVIEW), l’analyse de données (Mathematica, MatLab et/ou Python) et la communication des résultats (présentations lors de réunions de groupe). Ces expériences ont présenté plusieurs défis impressionnants en matière de spectroscopie, d’imagerie et de nanomatériaux, ce qui a constitué une opportunité d’apprentissage passionnante pour les étudiants de premier cycle travaillant au sein d’une équipe plus large.

Roberts Ituah, un étudiant de quatrième année en génie physique spécialisé en génie mécanique à l’Université d’État du Nouveau-Mexique, a participé au programme et a travaillé avec le groupe de recherche d’Acosta comprenant des étudiants diplômés : Brian Kamer, Forrest Hubert. Janis Smits, Nazanin Mosavian, Zaili Peng, Bryan Richards, Nate Ristoff et Yaser Silani.

« Le programme était génial ; il s’est concentré principalement sur les technologies quantiques et leur importance pour la recherche et l’industrie », a déclaré Ituah. « Cela a également permis aux participants de bénéficier d’une expérience pratique avec un équipement de qualité scientifique haut de gamme pour aider à visualiser et à comprendre le projet. Quantum Technologies est divisée en trois catégories principales : l’informatique quantique, la détection quantique et les communications quantiques. Mon projet de recherche portait sur la détection quantique. Nous avons exploré cela en analysant les qualités fluorescentes et magnétiques des centres Nitrogen-Vacancy dans le diamant.

Ituah envisage de postuler à l’école supérieure de l’UNM pour poursuivre une maîtrise en génie nucléaire avec une concentration en physique médicale. « Pour moi, cette recherche a constitué une expérience précieuse sur des sujets entourant l’optique et la mécanique quantique qui me seront grandement bénéfiques », a-t-il déclaré. « Je tiens à remercier tous les professeurs et le personnel de m’avoir donné cette opportunité de faire l’expérience de la physique dans un cadre plus applicable. »

D’autres projets de recherche comprenaient :

• Effets quantiques dans les nanocavités plasmoniques menés par Professeur Terefe Habteyes (Chimie & Biologie Chimique
• Microrésonateur à déplacement latéral ultrasensible pour la détection quantique dirigé par Professeur Nathan Jackson (génie mécanique)
• Sources de photons uniques à points quantiques aux longueurs d’onde des télécommunications dirigées par Professeur Ganesh Balakrishnan (Ingénierie électrique et informatique)
• Génération de lumière non classique dans les fibres optiques dirigée par Professeur Arash Mafi (Physique & Astronomie, Génie Electrique & Informatique)
• Circuits intégrés photoniques quantiques au silicium (SiQuPICs) dirigés par Professeur Marek Osinski (Ingénierie électrique et informatique)
• Mesures de précision des ondes gravitationnelles simulées par interférométrie optique menée par Professeur Elohim Becerra (Physique & Astronomie)

« Les étudiants ont assisté à une série de séminaires quasi hebdomadaires où nous voulions vraiment qu’ils apprennent à connaître certains des plus grands experts dans le domaine ou nécessairement superviser des étudiants », a déclaré Acosta. «Nous avons un certain nombre d’excellents professeurs dans le domaine qui sont vraiment bons sur le plan pédagogique, donnant des conférences à des publics divers. Au départ, nous avons commencé avec des sujets vraiment basiques, comme une introduction à la technologie avec la coudée, puis nous nous sommes étendus à différents domaines de recherche active.

« Nous avons conclu le programme par une session d’affiches, qui a attiré un large public, au cours de laquelle les étudiants ont imprimé une affiche de style conférence professionnelle et présenté leurs recherches au corps professoral, aux étudiants, aux postdoctorants et à d’autres chercheurs en CHTM, en génie électrique et informatique, en chimie et en chimie. Biologie et Physique & Astronomie.

QU-REACH est soutenu par une combinaison de subventions de la Research Corporation for Scientific Advancement, de la National Science Foundation (les deux subventions de chercheurs individuels) et du Q-SEnSE Quantum Leap Challenge Institute), et d’autres. Les étudiants des groupes historiquement exclus en STEM (y compris les femmes, les étudiants hispaniques, indiens d’Amérique et noirs) et les étudiants qui sont la première génération de leur famille à fréquenter l’université sont fortement encouragés à postuler.

Les technologies quantiques sont un domaine en expansion rapide et la base de nombreux efforts mondiaux pour accélérer la science et la technologie, y compris la National Quantum Initiative, qui a été promulguée en 2018. La loi donne aux États-Unis un plan pour faire progresser la technologie quantique, en particulier, quantum l’informatique. Le NQI fournit un cadre à plusieurs agences gouvernementales pour développer et mettre en œuvre des programmes liés à l’amélioration du climat pour la science et la technologie quantiques aux États-Unis.

L’année dernière, l’Université du Nouveau-Mexique a bénéficié de deux subventions qui ont aidé l’Université à s’établir comme un pôle de technologies quantiques. Le Centre d’information et de contrôle quantiques (CQuIC) de l’UNM faisait partie d’une subvention de 115 millions de dollars sur cinq ans du ministère de l’Énergie au Quantum Systems Accelerator (QSA), un nouveau centre de recherche dirigé par Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). L’UNM faisait également partie d’un prix de 25 millions de dollars de la National Science Foundation (NSF) pour lancer un nouveau centre de recherche en sciences et en ingénierie de l’information quantique dirigé par l’Université du Colorado-Boulder.

De plus, CQuIC a récemment reçu une subvention de 3 millions de dollars de la NSF pour étendre la position du Nouveau-Mexique en tant que plaque tournante nationale du QIS. Le CQuIC sera le fer de lance d’un effort qui conduira non seulement à de nouvelles avancées en matière de QIS, mais également à de nouvelles opportunités éducatives pour la prochaine génération de scientifiques.

Dirigé par le professeur Regents Ivan Deutsch, le CQuIC est un centre de recherche hautement interdisciplinaire dédié à l’avancement de l’éducation et de la recherche au sein de QIS.

« L’UNM continue de croître en tant que leader du QIS, en s’appuyant sur les efforts de pionnier mis en place par CQuIC et ses prédécesseurs sur 25 ans », a déclaré Deutsch. « Le large éventail d’initiatives de recherche et d’éducation de pointe, comme QU-REACH, étendra les opportunités à diverses communautés à travers le Nouveau-Mexique, alors que nous nous établissons comme une plaque tournante nationale pour les technologies quantiques du futur. »

Pour plus d’informations et pour en savoir plus sur le programme, visitez QU-REACH.

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