Surfing the THz Waves

In summer 2022, François Blanchard, Professor at the Department of Electrical Engineering and a holder of the Canada Research Chair in encryption of terahertz waves, invited a Japanese student Mine Sota to spend five months of internship at ÉTS.

The choice of 嶺 颯太 (Mine Sota in Japanese) was not accidental. When Professor Blanchard went for his postdoc years to Kyoto, he visited Nagoya University which specializes in detecting and generating THz waves. There he met Kawase-san, who would become a close colleague and, eventually, Sota’s professor.

Mine is a first-year PhD student at the Nagoya University Graduate School of Engineering, studying terahertz parametric generation and detection. “Sota is a special case in the group of Prof. Kodo Kawase. He is very successful and he’s got four publications already,’ says Blanchard. “I offered him to come to Montreal and translate his knowledge to a new kind of system.”

When Sota learned about the project, he saw an opportunity to broaden the scope of his THz-wave research. “Professor Blanchard is an authority in the terahertz research area. Everybody knows his papers on high-field THz waves.”

Sota accepted the invitation and embarked upon an adventure: for the first time in his life, he traveled abroad to join Prof. Blanchard’s research group.

New Ways to Detect THz Waves

The objective of Prof. Blanchard is to find a more sensitive and accurate way to detect the THz waves, and to manipulate them for advanced sensing and communication purposes. Ultimately, his program would lead to a quantum detection of terahertz light.

The use of a single terahertz photon with its very low energy makes detecting a terahertz light highly challenging. In their research, Blanchard and his group tried parametric detection. But, as Sota explained, they did not achieve the desired results, and introduced a different detection method that neither Canada nor Japan had experience with.

As for the equipment to detect THz light, Blanchard believes that it can be made small. “Within, let’s say, five years we at ÉTS could develop a very compact system for quantum detection,” he ponders. It looks like the prof and his students have years of fun work ahead of them.

Mine Sota and François Blanchard

A Perfect Tandem

Mine Sota came to ÉTS to work on something he truly enjoys: a project of realization of THz-wave communication. Exposure to a different environment and language, though, proved quite demanding for him. Luckily, François Blanchard speaks enough Japanese and has a deep understanding of the culture of the Land of the Rising Sun, which made his student’s integration easier.

“I was worried about my first time studying abroad, but Prof. Blanchard provided me with both technical and psychological support” says Mine gratefully.

Every day, François would discuss the project with Mine, offering tips and tricks, and then would follow up on his progress. Sota would listen to all advice, gather data and make informed decisions.

“Mine tries even what seems impossible at first. And he is hardworking,” states his mentor. “When someone is so dedicated, you want to help them and keep them motivated.”

The Bright Side of Failure

Another quality that the professor values about Mine is his patience. “When you work with tiny optics, you need to be patient and sensitive to the smallest changes which could affect your results. Otherwise, you can miss the point,” explains Blanchard.

No matter what his student’s research results were, Blanchard would first tell him that the data were interesting and then would ask to analyze them. “I learned from my professor how to deal with failures. The key data for the paper we are planning to submit are based on the failed experimental data,” confesses Mine with a smile.

Blanchard teaches his students that a failed result is very important, for it brings them to the next level. It is vital to comprehend what they did wrong so that the next time they do it right. “If you don’t know what is wrong, you can produce results without meaning,” he adds.

The Collaboration Must Go On

During his stay at ÉTS, Sota benefited from learning the know-how of THz-wave time-domain spectroscopy. “Professor Blanchard’s lab has many professionals in this domain, and it was an asset for me to learn the world’s cutting-edge technology,” he says.

Mine values the school’s tight collaboration with various industries. He finds that ÉTS has a very attractive research environment, with strong ties between laboratories that conduct joint research.

Sota also discovered that, unlike in Japan, where it is common to have a weekly meeting with your professor, projects can be discussed over lunch. “It was an interesting experiment. It allowed me to make small changes every day and maintain a close relationship with my supervisor.”

One of the things Mine appreciated most about his internship was the interaction between the lab students. “It was refreshing to see the students from all over the world discussing and solving their projects with each other, rather than alone. The experience of working together was precious,” he assures.

Blanchard fully supports continuous international exchange. In mid-2023, one of his students will visit Japan to work with the Kawase research group. “This collaboration is something I want to keep rolling,” concludes Professor Blanchard.

ケベック大学高等工科大学（ÉTS ）のフランソワ・ブランシャール教授と

日本人インターン嶺 颯太さん

THz波をサーフィンする

2022 年の夏、電気工学科の教授であり、テラヘルツ波の暗号化に関するカナダ・リサーチチェア（Canada Research Chair）の研究者であるフランソワ・ブランシャール（François Blanchard）教授は、日本人学生の嶺 颯太さんを ケベック大学高等工科大学（ÉTS ）での 5ヶ月間のインターンシップに招待しました。

嶺 颯太さんの選抜は偶然ではありません。ブランシャール教授がポストドクとして京都を訪れた際に、テラヘルツ波の検出と発生を専門とする名古屋大学を訪問しました。そこで川瀬教授との出会いがあり、同じ研究者として親しくなりました。その後、川瀬教授は嶺さんの教授となったものです。

嶺 颯太さんは名古屋大学大学院工学研究科の博士課程1年生で、テラヘルツパラメトリックの発生と検出を研究しています。「颯太君は川瀬晃道教授に師事する学生グループの中でも特殊なケースです。すでに大きな成功を収め、4 つの出版物を出版しています。」とブランシャール教授は語ります。 「私は颯太君に、モントリオールに来てその知識を新しい種類のシステムに変換するように提案しました。」

プロジェクトの存在を知った嶺さんは、これは自分のテラヘルツ波の研究範囲を広げるチャンスだと感じました。 「ブランシャール教授はテラヘルツ研究分野の権威です。高磁場 THz 波に関する彼の論文は誰もが知っています。」

颯太さんはこの招待を受けて、ブランシャール教授の研究グループに参加するため、生まれて初めての海外旅行に旅立ちました。

テラヘルツ波の新しい検出方法

ブランシャール教授の目的は、THz 波をより高感度かつ正確に検出する方法を見つけ、高度なセンシングと通信を目的にその方法を利用することです。同教授のプログラムは、最終的にテラヘルツ光の量子検出につながるでしょう。

エネルギーが非常に低い単一のテラヘルツ光子を使用すると、テラヘルツ光の検出が非常に困難になります。これに関する研究では、ブランシャール教授とそのグループはパラメトリック検出を試みました。しかし、颯太さんが説明したように、望ましい結果を達成できず、カナダや日本でも初めての別の検出方法を導入しました。

ブランシャール教授はテラヘルツ光の検出装置は小型化できると考え、次のように述べています。 「そうですね、ÉTS は、5 年以内に量子検出用の非常にコンパクトなシステムを開発できると思います。」教授とその生徒たちは、今から数年間、この楽しい仕事に没頭することになるでしょう。

Mine Sota and François Blanchard

完璧な二人三脚

嶺 颯太さんは、自分が本当に好きなこと、つまりテラヘルツ波通信の実現プロジェクトに取り組むためにÉTSに来たのですが、異なる環境と言語にさらされることはかなり過酷な挑戦でした。しかし、幸いなことに、フランソワ・ブランシャール教授が日本語をよく話し、日出ずる国の文化を深く理解していることは、颯太さんの順応の助けになりました。

「初めての留学で不安もありましたが、ブランシャール教授には、技術面でも精神面でも支えていただきました」と嶺さんは感謝の気持ちを語ります。

ブランシャール教授はプロジェクトについて毎日嶺さんと話し合い、ヒントやコツを提供し、その後で嶺さんの進捗状況をフォローアップしました。 嶺さんは教授のすべてのアドバイスに耳を傾け、データを収集し、情報に基づいた判断を下しました。

「嶺君は、最初は不可能に見えることであっても、果敢に挑戦します。そして勤勉です。」と嶺さんの指導者は語ります。 「何かに対してとても献身的な誰かに出会ったとき、あなたはその人を支援して、やる気を維持させたいと思うでしょう。」

失敗の明るい局面

教授が高く評価する嶺さんのもう 1 つの特質は、彼の忍耐力です。 「微小光学素子を扱う場合、結果に影響を与える可能性のある小さな変化に対して忍耐強く敏感でなければなりません。さもなければ要点を見逃す可能性があるからです。」とブランシャール教授は説明します。

ブランシャール教授は、嶺さんの研究の結果に関わらず、まずデータが興味深いことを嶺さんに伝え、次にそのデータを分析するように指導しました。 「僕は、教授から失敗への対処法を学びました。提出を予定している論文のキーデータは、失敗した実験データに基づいています。」と嶺さんは笑顔で語ります。

ブランシャール教授は、教授の生徒たちに、失敗した結果は非常に重要であると教えています。次に正しい結果を出すためには、自分が何を間違えたのかを理解することが不可欠だからです。 「何が悪かったのかわからない場合、無意味な結果を生み出す可能性があります。」と教授は重ねて言います。

コラボレーションは続けなければならない

ÉTS に滞在している間、嶺さんは THz 波時間領域分光法のノウハウを学ぶことができました。 「ブランシャール教授の研究室にはこの分野の専門家がたくさんいて、世界の最先端技術を学べたことは、僕にとっての財産になりました。」と嶺さんは語ります。

嶺さんは、さまざまな業界と学校の緊密な連携を重視していますが、ÉTSでは共同研究を行う研究室同士のつながりが強く、非常に魅力的な研究環境であると感じています。

週に1回教授とミーティングを行う日本の一般的な慣習とは異なり、プロジェクトについて昼食をとりながら教授と話し合うことができることも、嶺さんにとって新しい発見でした。 「これは興味深い実験でした。これによって毎日小さな変更を加えることができ、上司との緊密な関係を維持することができました。」

嶺さんがインターンシップで最も高く評価したことの 一 つは、研究室の学生間の交流でした。 「世界中から集まった学生たちが、単独でプロジェクトを解決しようとするのではなく、互いに議論しながらプロジェクトを進めていくのを見るのは新鮮でした。彼らと一緒に仕事をした経験は貴重でした。」

ブランシャール教授は、継続的に行われている国際交流を全面的にサポートしています。 2023 年半ばに教授の生徒の 一人が日本を訪れ、川瀬教授の研究グループと一緒に研究を進める予定です。ブランシャール教授は、インタビューの最後に「このコラボレーションは、私が今後も続けていきたいものです。」と述べました。