Innovative Projects Realized

Pioneering Quantum Nanodevices: Enhanced Gold Bipyramid Integration for Ultrafast Coupling – 2025

Quantum computing is a cutting-edge field poised to revolutionize technology, with its quantum information processing segment projected to reach $100 billion in the next decade. It harnesses tiny units called qubits that collaborate via strong coupling to tackle complex problems far faster than conventional computers. The power of this coupling determines processing speed – stronger coupling enables quicker results. While most quantum systems require ultra-cold temperatures, this project pioneers a room-temperature alternative using minuscule gold bipyramids positioned in silicon chips to forge strong coupling. These bipyramids function like nano-antennas, amplifying qubit efficiency without cryogenic needs. Two graduate students will refine chip fabrication and particle growth to ensure precise fits, targeting a 95% success rate where nearly every hole holds exactly one vertically aligned particle. For Infinite Potential Laboratories (IPL), a subsidiary of Quantum Valley Investments, this project will enable the development of dependable quantum devices, the expansion of their patent portfolio, and the creation of innovative products such as advanced sensors. These advancements are expected to strengthen IPL’s business position and enhance Canada’s prominence in quantum innovation.

Développement et évaluation d’algorithmes d’apprentissage automatique quantique pour l’ordinateur quantique photonique

Quandela est une entreprise pionnière dans le développement d’ordinateurs quantiques photoniques fulstack, intégrant matériel, logiciel et accès cloud [1]. Ses activités couvrent la conception de sources de photons uniques, la fabrication de processeurs photoniques, ainsi que le développement de plateformes logicielles comme Perceval [2] ou MerLin pour la programmation et la simulation quantique.

L’un des défis majeurs auxquels Quandela est confrontée est la mise à l’échelle efficace de ses architectures quantiques. Cela nécessite le développement de méthodologies de benchmarking robustes, capables d évaluer les performances globales de la pile matérielle et logicielle, y compris les algorithmes d’apprentissage automatique quantique (QML) [3]. Ce projet de stage contribuera à adapter et à tester des algorithmes de QML sur les processeurs photoniques de Quandela, afin de mesurer leurs performances réelles et de mieux comprendre leurs limites dans un contexte NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) [4,5].

Les retombées attendues sont à la fois scientifiques, économiques et sociales : le projet renforcera la position de Quandela comme acteur de référence dans l’informatique quantique photonique, tout en ouvrant la voie à des applications durables de l’intelligence artificielle quantique, plus économes en énergie et moins dépendantes des grands centres de calcul classiques.

Development of biomaterials for antibiotic delivery

Antibiotic-resistant infections are a growing global concern, particularly in chronic wounds where traditional treatments often fail to maintain effective drug levels. This project aims to develop hydrogel-based materials capable of delivering antibiotics directly to infected tissues in a controlled and sustained way.

Hydrogels are soft, water-rich polymer networks that can mimic the structure of living tissues. Their high porosity and tunable properties make them ideal platforms for localized drug delivery. In this study, the intern will design and characterize alginate-based or hybrid polymer hydrogels that can encapsulate poorly water-soluble antibiotics.

The main objectives are to fabricate hydrogel scaffolds with adjustable porosity for optimized drug loading, to assess their mechanical and physicochemical properties for wound applications, and to evaluate antibiotic release and antibacterial efficacy against pathogens such as Staphylococcus aureus.

This research will contribute to developing next-generation wound-care materials that promote healing while reducing systemic side effects and antibiotic resistance. By combining materials science and microbiology, the project supports the broader mission of the Coombes Lab at McMaster University to advance innovative biomaterial strategies for infection control and tissue repair.

Optimisation Prédictive de la Formulation des Plastiques Recyclés (PP/PE/PS)

Ce projet vise à s’attaquer à une limitation critique qui entrave la capacité de l’industrie du recyclage du plastique à vendre son produit, les plastiques recyclés, sur le marché. Lors de l’achat de plastiques recyclés sous forme de granulés, les clients exigent que le plastique possède des propriétés qui soient aussi proches que possible de leurs exigences. Ces propriétés concernent principalement la fluidité du plastique et sa résistance aux chocs.

Fournir un produit qui correspond aux attentes du client est souvent un défi et une contrainte, car les recycleurs doivent mélanger différentes catégories de plastique pour obtenir les propriétés requises. Cela est ardu car cela se fait par une méthode d’essai et erreur qui est très chronophage.

Ce projet a pour objectif d’explorer deux types de modèles différents (analytiques et basés sur l’apprentissage automatique) pour accomplir cette étape rapidement et efficacement. Le but est de faire savoir aux clients aussi vite que possible si la qualité de plastique recyclé demandée peut être produite, et de la produire le plus rapidement possible avec le moins de déchets possible.

Multi-Objective Optimization of Energy Systems in Smart Grid in Connection with Renewable Energy Communities Considering Source and Consumption Variability

In this project, we will develop a multi-objective and hybrid energy optimization framework for the optimum system cost and energy cost savings with a tolerable degree of customer discomfort. This framework will be based on artificial intelligence (AI) and artificial neural network (ANN) approaches for forecasting to track for maximum green energy production with the help of SG and REC. These goals and objectives will be achieved by utilizing optimization techniques like genetic algorithm (GA), binary particle swarm optimization, wind driven optimization, fuzzy logic, HGSO to acquire all sets of solutions. The compromise solutions will then be chosen using hybrid, decision-making, and multi-criteria techniques, such as Pareto-optimal, AHP and VIKOR approaches. Moreover, incentive-based DR programs are adopted to cope with the uncertainties resulting from power generation by RESs. In addition, SOs suggested DR programs and a proposal for the use of price-offer packages for consumers must be implemented. It is proposed to use a multi-objective scheduling model and recommend the Pareto criterion with nonlinear sorting based on fuzzy logic and heuristic algorithms. Lastly, comparing results between different pricing schemes will be done by adopting and merging time of use (ToU), inclined block rate, flat pricing, and day-ahead pricing.

The Aesthetics of Non-Art Objects: A Scoping Review & Empirical Study of Unconventional Aesthetic Stimuli

It is a common assumption that the study of beauty is closely related to the study of art. However, the two are not wholly synonymous; it has been widely acknowledged that aesthetic stimuli are not confined to a specific set of objects (such as music or paintings), but are instead defined by our individual attitudes and past experiences. This project aims to challenge the dominance of artworks as the default stimuli in aesthetics research, by conducting a scoping review and empirical experiment, to identify and characterize the aesthetic perceptions of non-art objects (e.g., clothing, furniture, architecture) that have thus far been investigated in an aesthetic context. This international collaboration between the University of Toronto, University of Vienna, and Helmut Schmidt University will make significant contributions in our understanding of beauty across various object categories, by mapping the breadth, depth, and interdisciplinary potential of modern aesthetics research.

Prototyping Quantum MRI Structures

The Mitacs Intern will join a team of summer students who will be working on the design of novel Magnetic Resonance Imagers (MRIs), that will include, in the coming summer, a novel new Quantum MRI design that the Intern will be focusing on. The Quantum MRI design uses a quantum material in sensitive magnetometers for detecting the MRI signals. The quantum material is diamond with nitrogen vacancies (NV). When integrated with a system of excitation green lasers, red florescence detectors and small microwave coils, an array of NV diamond detectors will allow the advancement of MRI technology toward MRIs that can produce high resolution images in seconds, instead of in minutes as they now do, because they will literally introduce a new dimension (detector location) into the creation of an MRI signal and the subsequent reconstructed image. The intern will be designing and building components for this magnetometer system and integrate it into a prototype MRI design. She and the rest of the student team will use 3D printing, sheet metal fabrication and electrical harness and printed circuit board assembly to construct a prototype of their MRI design by the end of the summer.

A Comparative Analysis and Integration Framework for Quantum Key Distribution Protocols in Next-Generation Networks Networks

This research project addresses the critical future of cybersecurity in the age of quantum computing. As powerful quantum computers emerge, they threaten to break the encryption that currently protects our digital communications. To counter this, our project investigates Quantum Key Distribution (QKD), a technology that uses the principles of quantum mechanics to create encryption keys that are fundamentally unbreakable. A detailed performance analysis of two leading QKD protocols, BB84 and E91 will be conducted using simulation analysis to determine their strengths and weaknesses under real-world network conditions. The ultimate goal is to design a practical framework for integrating these quantum-safe protocols into existing telecommunication infrastructure, helping to build a secure and resilient foundation for Canada’s digital future.

Post-Quantum Cryptography Integration in CAN FDx Automotive Networks: Security and Performance Evaluation.

The rise of quantum computing threatens traditional cryptographic systems such as RSA and ECC, which can be broken by quantum algorithms. This poses significant risks for the automotive industry, where in-vehicle communication networks must ensure both low latency and high data integrity. Modern vehicles rely on Controller Area Network Flexible Data-rate (CAN FD) and its full-duplex extension (CAN FDx), making them critical for implementing quantum-resilient solutions.
This project addresses the gap between theoretical advances in post-quantum cryptography (PQC) and their experimental validation in real-time vehicular environments. It aims to design, implement, and evaluate PQC algorithms—Kyber, Dilithium, Ascon, and Ring-LWE derivatives—within CAN FDx networks. By testing these algorithms on embedded platforms, the project will generate quantitative data on timing, performance, and security, supporting both industrial adoption and standardization efforts.
The work will deliver practical, quantum-resilient communication mechanisms for CAN FDx networks that maintain real-time constraints while ensuring secure message exchange among electronic control units (ECUs). It also strengthens collaboration between Brazilian and Canadian research groups in secure embedded architectures and post-quantum automotive systems, advancing the development of trustworthy, high-performance vehicular communication frameworks for the quantum era.

Hardening the Software Build Supply Chain

Large software supply chains are necessary to support digitalization in all sectors. Meanwhile, these supply chains present new risks for companies, as witnessed by several news headlines in the last years. The SolarWinds attack in 2020 is a prominent example. The security of software supply chains is a priority of the Canadian Center for Cyber Security. These 2 internships contribute to the improvement of software supply chain security, through two complementary research topics: a reproducible benchmarks of real-world attacks on build scripts; the systematic diversification of build scripts.

Contrôle moteur bilatéral et neurostimulation corticale dans la récupération après SCI

Les lésions cervicales de la moelle épinière entraînent souvent une paralysie des bras et des mains, limitant l’autonomie. Pourtant, dans la majorité des cas, certaines connexions entre le cerveau et la moelle demeurent intactes, permettant une récupération partielle. Notre projet développe une neuroprothèse intracorticale qui stimule directement le cortex moteur, la région cérébrale responsable du mouvement volontaire.
Cette technologie agit à la source du contrôle moteur, en activant précisément les réseaux corticaux encore fonctionnels. Nos travaux ont montré que la stimulation corticale pouvait restaurer instantanément la marche après une lésion; nous appliquons maintenant cette approche au contrôle du bras et de la main.
Le projet met en valeur le caractère bilatéral du contrôle moteur : chaque hémisphère contribue au mouvement des deux côtés du corps. En stimulant les régions corticales capables d’activer les voies ipsilatérales (du même côté), nous visons à mobiliser le cortex intact pour compenser les circuits lésés.
À terme, cette approche pourrait restaurer rapidement certains mouvements et accélérer la récupération à long terme. En combinant stimulation cérébrale et rééducation, notre objectif est de créer une nouvelle génération de neurothérapies bilatérales et personnalisées, qui réactivent le cerveau pour redonner le mouvement.

Effet des feux et du climat sur la dynamique à long terme de la végétation dans la forêt mixte de l’ouest du Québec

Ce projet vise à comprendre comment certaines espèces de conifères, comme l’épinette noire et le pin gris, ont réussi à persister jusqu’à aujourd’hui dans la forêt mixte de l’ouest du Québec, malgré les changements climatiques et les feux de forêt. Pour y parvenir, deux lacs situés dans la région de l’Abitibi-Témiscamingue seront étudiés : l’un entouré de conifères, l’autre de forêts mixtes ou feuillues. Les sédiments au fond de ces lacs contiennent des restes de plantes (appelés macrorestes) qui permettent de reconstituer l’évolution locale de la végétation et des feux depuis le début de l’Holocène, il y a environ 11 700 ans. En comparant ces deux sites, le projet cherche à identifier les conditions climatiques et les régimes de feux qui ont favorisé la présence durable des conifères dans cette zone de transition entre forêt boréale et forêt tempérée. Les résultats aideront à mieux comprendre la résilience des forêts face au réchauffement actuel et à orienter les stratégies de gestion pour leur conservation. Ce stage de recherche s’inscrit dans un projet plus vaste du Laboratoire international sur les forêts froides (LIRFF), dédié à l’étude et à la préservation des écosystèmes forestiers nordiques.