Université de Sherbrooke : la révolution quantique au programme

Michel Pioro-Ladrière, Directeur du nouveau baccalauréat en sciences quantiques de la Faculté des sciences; Sarah Blanchette, Développeuse junior en informatique quantique; Armand Soldera, Directeur de la mise en place du baccalauréat en sciences quantiques de la Faculté des sciences.
Photo: Université de Sherbrooke Michel Pioro-Ladrière, Directeur du nouveau baccalauréat en sciences quantiques de la Faculté des sciences; Sarah Blanchette, Développeuse junior en informatique quantique; Armand Soldera, Directeur de la mise en place du baccalauréat en sciences quantiques de la Faculté des sciences.
Les sciences quantiques se penchent sur les phénomènes de l’infiniment petit – à l’échelle atomique et moléculaire – pour comprendre et transformer notre monde. Leader de cette discipline en plein essor, l’Université de Sherbrooke lance cet automne un tout nouveau programme de premier cycle destiné à former une nouvelle génération de scientifiques. Tour d’horizon de ce domaine fascinant et, surtout, très prometteur.

Notre société commence à peine à s’intéresser au monde quantique, mais l’Université de Sherbrooke (UdeS), pour sa part, se penche sur la question depuis près de 50 ans déjà. Un parcours qui a donné lieu à la fondation de son Institut quantique, qui sera inauguré en mai 2022, et qui réunit des scientifiques de différentes disciplines – génie, mathématiques, chimie, informatique – pour effectuer des travaux de recherche fondamentale menant au développement des technologies du futur. Cette interdisciplinarité, très rare dans le domaine des sciences quantiques, donne lieu à des recherches poussées qui font la réputation de l’institution d’enseignement, ici comme hors frontières.

Cette approche interdisciplinaire est au cœur du nouveau programme de sciences quantiques de l’UdeS, le tout premier du genre au monde, qui répond au besoin criant de main-d’œuvre spécialisée et qualifiée. Trois professeurs impliqués à fond dans la conception du programme lèvent le voile sur l’extraordinaire potentiel des sciences quantiques, tant pour notre société en général que pour ceux et celles qui veulent en faire leur spécialité.
Photo: Université de Sherbrooke PROFESSEURE NANCY DUMAIS
Vice-doyenne à l’enseignement et à l’inclusion, Faculté des sciences
La professeure Nancy Dumais, qui mène des recherches en biologie cellulaire et moléculaire ainsi qu’en microbiologie-immunologie, est responsable de la gestion et de la coordination du baccalauréat en sciences quantiques. Elle est également directrice du Centre compétence en recherche plus (CR+) de l’UdeS.

L’UdeS en position de tête

Grâce à ses programmes de 2e et 3e cycles, l’UdeS forme depuis longtemps des personnes œuvrant dans différentes sphères de l’écosystème quantique. L’expertise en physique et en informatique quantique des professeures-chercheuses et des professeurs-chercheurs de la Faculté des sciences est reconnue internationalement. C’est d’ailleurs pour ces raisons qu’on leur a octroyé le Fonds Apogée, une des plus importantes subventions au Canada, qui a mené à la fondation de l’Institut quantique. Cette infrastructure novatrice se démarque par ses recherches de pointe portant sur les matériaux, l’information et le génie quantiques, auxquelles collaborent des chercheuses et des chercheurs de partout dans le monde.

Un programme de pointe

La création du nouveau programme de premier cycle vient compléter l’offre de formation en sciences et technologies quantiques de la Faculté. Les personnes inscrites au baccalauréat auront accès à un environnement stimulant et novateur misant sur l’apprentissage actif en petits groupes, qui leur permettra d’acquérir des connaissances théoriques et pratiques. Les personnes étudiantes, qui disposeront de laboratoires et d’équipements à la fine pointe de la technologie, effectueront des stages coopératifs rémunérés et pourront s’initier à la culture entrepreneuriale – avec l’École de gestion – pour mieux répondre aux défis de demain. Même si la discipline des sciences quantiques est toujours en développement, des employeurs comme Anyon Systems, 1QBit, Nord Quantique et les géants comme Google, Apple et IBM sont déjà bien présents au pays.

Des applications pleines de promesses

Les sciences quantiques seront nécessaires pour la société de demain, puisqu’elles permettront de repousser les limites du calcul actuel en utilisant les propriétés de la matière à l’échelle atomique. Les applications possibles des sciences quantiques, très vastes, peuvent toucher des domaines aussi divers que la chimie – grâce à la découverte de nouvelles molécules pouvant être utilisées dans le traitement de maladies –, la cybersécurité, la cryptographie quantique, le développement de nouveaux matériaux et la simulation quantique.
Photo: Université de Sherbrooke PROFESSEUR MICHEL PIORO-LADRIÈRE
Directeur du nouveau baccalauréat en sciences quantiques de la Faculté des sciences
Le domaine d’expertise du professeur Michel Pioro-Ladrière, qui est aussi directeur adjoint de l’Institut quantique, est celui de l’informatique quantique. Il travaille plus précisément au développement de qubits de spin, des dispositifs quantiques prometteurs pour la réalisation d’un ordinateur quantique.

Un domaine aux applications bien concrètes

Il faut briser la perception selon laquelle les sciences quantiques sont très complexes – même si personne ne peut prétendre comprendre la mécanique quantique, dont les postulats défient l’intuition ! – et parler plutôt de leurs applications, qui sont bien réelles. Car ce domaine est derrière les avancées technologiques les plus marquantes des dernières décennies. Quelques exemples : les GPS, qui fonctionnent à l’aide des horloges atomiques ; l’imagerie médicale, qui utilise la résonnance magnétique nucléaire ; et le laser qui repose aussi sur les propriétés quantiques de la matière et de la lumière. Sans oublier que la théorie quantique a permis la compréhension des semiconducteurs, qui sont au cœur de l’industrie de la microélectronique. Les sciences quantiques mènent au développement de technologies qui transforment notre monde, et ces exemples ne sont que la pointe de l’iceberg. Nous parlons déjà d’une seconde révolution quantique.

Le rôle des ordinateurs quantiques dans l’avancée des sciences modernes

Dès le début des années 1980, le prix Nobel de physique Richard Feynman pressentait que l’utilisation d’ordinateurs quantiques permettrait non seulement d’accélérer les calculs, mais aussi d’effectuer certains calculs impossibles pour un ordinateur conventionnel. Ce qu’il entrevoyait, c’est qu’en osant se plier aux règles du jeu de la nature à l’échelle microscopique, la science et les technologies quantiques pourraient modifier de façon significative nos habitudes de vie. Quarante ans plus tard, l’ordinateur quantique, pierre angulaire de cette révolution à venir, permettra de mettre au point de nouveaux matériaux, d’augmenter l’efficacité des médicaments, d'accélérer les progrès de l'intelligence artificielle et de répondre à des questions fondamentales, à commencer par celles qui concernent l’origine de l’univers.

La course contre la montre

Au-delà des technologies et des applications quantiques, c’est la mise au point de l’ordinateur quantique qui constitue le prochain grand défi à relever. En raison des avancées des dernières années, la question n’est plus de savoir s’il est possible de produire un ordinateur quantique, mais plutôt de savoir quand, où et par qui il sera conçu. La plupart des entreprises qui participent à cette course mondiale parlent d’un horizon de dix ans. Une chose est certaine : même si l’ordinateur quantique n’est pas pour demain, il faut être prêt pour son arrivée afin d’en tirer le maximum de bénéfices. Pour ce faire, nous devons former des scientifiques afin qu’ils puissent programmer ce type d’ordinateur au bénéfice de la société. C’est d’ailleurs l’objectif ultime du baccalauréat en sciences quantiques.
Photo: Université de Sherbrooke PROFESSEUR ARMAND SOLDERA
Directeur de la mise en place du baccalauréat en sciences quantiques de la Faculté des sciences
Spécialiste des sciences physiques et de la physico-chimie moléculaire, et vice-doyen aux développement et partenariats de la Faculté des sciences, le professeur Armand Soldera considère que c’est le maillage de plusieurs disciplines qui permet de mieux capturer des phénomènes et de faire émerger des liens de première importance. Une caractéristique du baccalauréat en sciences quantiques de l’UdeS.

Observer l’infiniment petit

Son champ de recherche mise sur l’utilisation d’ordinateurs pour représenter ce qui se passe à l’échelle moléculaire dans des matériaux tels que les plastiques. Le but est de comparer les calculs réalisés par ordinateurs avec ceux qui sont obtenus par des mesures expérimentales. S’il y a concordance, cela veut dire que le réel est correctement dépeint, et que l’on peut donc prédire les comportements d’un matériau avant même de le créer. La chimie théorique peut être utilisée pour effectuer de telles opérations, mais ses ressources en calcul sont limitées. Le recours à un ordinateur quantique, qui effectuerait des calculs dépassant la capacité d’un ordinateur classique, permettrait de résoudre de nombreux problèmes liés à cette technique et donnerait des résultats très précis.

À la croisée des STEM (science, technologie, ingénierie et mathématiques)

Les percées récentes dans les technologies quantiques – tout comme le développement de l’ordinateur quantique – ont été rendues possibles par un effort soutenu en recherche et développement et par la concertation de plusieurs expertises. C’est dans ce contexte d’innovation que l’UdeS a créé le baccalauréat en sciences quantiques. Il permettra de former une main-d’œuvre spécialisée essentielle pour soutenir les efforts à fournir en matière de recherche et de développement, pour alimenter les entreprises émergentes dans le domaine quantique et pour générer les futures grandes compagnies qui s’imposeront dans ce secteur d’activité dans les prochaines années.

Un avenir certain

Les analystes économiques sont formels: la résolution de problèmes en utilisant l’ordinateur quantique dominera dans les prochaines années le marché des technologies quantiques, qui est estimé à plusieurs milliards de dollars. Au-delà des chiffres, le calcul quantique contribue au développement de solutions répondant à divers enjeux sociaux. À l’heure actuelle, des multinationales comme IBM, Google, Intel et Microsoft – ainsi que des entreprises d’ici comme la sherbrookoise Nord Quantique – participent à la course à l’ordinateur quantique. En parallèle, les sciences quantiques ont déjà permis à plusieurs organisations de déployer des applications pour la finance, le développement de fertilisants ou l’optimisation du réseau d’autobus de la Ville de Montréal, par exemple, et elles contribuent à la mise au point de capteurs ultra sensibles, qui seraient capables de détecter des objets enfouis sous la terre. Cette dernière application est d’ailleurs présentement commercialisée par des entreprises telles que Qubic et SBQuantum, à Sherbrooke.

Envie de passer à l’action ?

Le baccalauréat en sciences quantiques de l’UdeS s’adresse aux personnes étudiantes passionnées de sciences naturelles et/ou d’informatique ayant complété des programmes collégiaux en Sciences de la nature ou en Sciences informatiques et mathématiques.
Pour en savoir plus, consultez la page web du baccalauréat en sciences quantiques de l’Université de Sherbrooke.



La Faculté des sciences de l’Université de Sherbrooke se consacre à former une relève scientifique éclairée qui contribuera au développement de la société et à la transmission de la culture scientifique. Les membres de sa communauté se font un devoir de réaliser avec intégrité des travaux de recherche nécessaires à la production de nouvelles connaissances et aux développements technologiques. La Faculté des sciences tout comme l’Université de Sherbrooke s’engagent à promouvoir la science et le savoir critique.

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