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Sherbrooke est quantique
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Sherbrooke est quantique
La révolution quantique approche et de plus en plus de technologies autour de nous utilisent ses propriétés. L’arrivée de l’ordinateur quantique pourrait même signifier une nouvelle ère technologique de l’histoire humaine. Au centre de cette révolution se trouve l’Université de Sherbrooke qui est l’un des leaders mondiaux dans le domaine. La Tribune a rencontré ces entreprises et chercheurs qui tentent de changer le monde.
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L’UdeS au coeur de la révolution

Sherbrooke

L’UdeS au coeur de la révolution

Simon Roberge
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La Tribune
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En 2019, des représentants de plusieurs universités au Canada sont venus à l’Université de Sherbrooke pendant une journée pour échanger sur la science quantique. De ces discussions est née l’idée d’une stratégie nationale quantique. Deux ans plus tard, plus de 360 millions $ sont octroyés par le gouvernement fédéral, dans le cadre de son dernier budget, pour la mise en place de cette stratégie.

L’Estrie et l’Université de Sherbrooke occupent une place de choix dans cette stratégie, notamment avec l’Institut quantique et les nombreuses nouvelles entreprises œuvrant dans le domaine comme SB Quantum, Nord Quantique et Qubic. (voir autres textes)

« L’Université de Sherbrooke a déjà une belle réputation de transfert de technologie et de connexion avec les PME du Québec, mentionne François-Philippe Champagne, ministre de l’Innovation, des Sciences et de l’Industrie, en entrevue avec La Tribune. C’est facile de faire la promotion de l’Université et en la mettant au cœur de la stratégie nationale, ça nous donne une longueur d’avance. »

« C’est facile de faire la promotion de l’Université et en la mettant au cœur de la stratégie nationale, ça nous donne une longueur d’avance », explique François-Philippe Champagne, ministre de l’Innovation, des Sciences et de l’Industrie.

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L’UdeS fait d’ailleurs partie des trois pôles du quantique au Canada en compagnie de l’Université de Waterloo et de l’Université de la Colombie-Britannique.

« Je vois un grand futur pour l’Institut quantique avec tout l’écosystème dans la région de l’Estrie, ajoute le ministre. L’intelligence artificielle et le quantique sont deux champs d’avenir qui auront un impact incroyable sur différents secteurs et c’est chez nous qu’on innove. »

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La stratégie nationale quantique vise notamment à augmenter et attirer le talent dans le domaine quantique et à supporter les fonds de recherche et l’acquisition d’équipements.

« C’est un support pour l’ensemble de l’écosystème, explique Jean-Pierre Perreault, vice-recteur à la recherche et aux études supérieures à l’UdeS. C’est une recherche très universitaire, mais on arrive aux applications en ce moment. Le Canada a beaucoup de talent, une excellente réputation et a beaucoup de propriétés intellectuelles. Le plus important c’est de lancer la stratégie et de dire que le Canada va être présent. C’est ça que le gouvernement a fait. »

Grande compétition

Cet investissement fédéral s’inscrit aussi dans un contexte ou le quantique se développe un peu partout sur la planète et que le Canada doit ramer pour conserver son avance.

« Il faut continuellement suivre ce qui se passe à l’extérieur parce que c’est en ébullition depuis une dizaine d’année, explique le chercheur Jérôme Bourassa, fondateur et PDG de l’entreprise Qubic. Tous les jours il faut aller voir les articles scientifiques. Il y a des annonces d’investissement dans les technologies quantiques toutes les semaines dans le monde. La compétition est de plus en plus forte, mais pour l’instant c’est juste du bon parce que ça amène des gens avec de nouvelles idées. »

La compétition vient évidemment des autres pays, mais aussi des grandes entreprises technologiques comme Amazon, IBM ou Google. Les grandes compagnies financières s’impliquent aussi.

« Les avancées qu’ils font, on peut les utiliser pour faire nos applications qui sont très différentes, souligne M. Bourassa. Il y a beaucoup de découvertes fondamentales au niveau des composantes et des matériaux et ils dévoilent leurs résultats dans une certaine mesure parce qu’ils ne peuvent pas tout faire à l’intérieur de leurs quatre murs. Ils n’ont pas le choix de garder un bon réseau. »

Plusieurs applications

Cette stratégie nationale arrive aussi au moment où les retombées pratiques de la recherche quantique commencent à émerger. Les ordinateurs quantiques commencent à faire les manchettes alors que plusieurs jeunes entreprises à travers le monde développent des technologies quantiques très précises comme SB Quantum de Sherbrooke, qui devrait pouvoir commercialiser son magnétomètre quantique dans la prochaine année.

« On commence à maîtriser les propriétés des matériaux quantiques, explique M. Perreault. Quand on prend l’électricité dans le nord du Québec et qu’on l’amène vers les grandes villes, la perte est d’environ 50 %. Mais si on est capable de bien travailler avec les matériaux quantiques, il n’y aura plus de perte. Il y aura aussi évidemment l’ordinateur quantique. Ce n’est qu’une question de temps. »

La science quantique promet de nombreux avantages, mais garde pour l’instant un coût d’entrée très élevé. Des systèmes de refroidissement qui approchent le zéro absolu sont notamment nécessaires pour les supraconducteurs.

« Mais outre de démontrer un gain de performance, il faut être réaliste et démontrer un gain pratique sur le terrain, résume Jérôme Bourassa. Même si quelque chose ne fonctionne pas parfaitement, s’il coute 100x moins cher, on va s’en contenter. Même si c’est plus performant, ça ne veut pas nécessairement dire qu’une révolution s’en vient. On a encore du chemin à faire. »

Une nouvelle génération de magnétomètres

Sherbrooke

Une nouvelle génération de magnétomètres

Simon Roberge
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Les champs magnétiques ont une énorme influence sur la vie sur terre, mais sont encore très difficiles à cartographier. Pour tenter de remédier à ce problème, l’entreprise sherbrookoise SB Quantum utilise les propriétés quantiques pour développer un tout nouveau type de magnétomètre ultraperformant.

« Les magnétomètres les plus précis sur le marché utilisent eux aussi des propriétés quantiques, mais ils utilisent une vapeur d’atome, explique David Roy-Guay, PDG de la jeune pousse qui emploie 10 personnes. On utilise un cristal de diamant synthétique. On peut mesurer non seulement l’amplitude du champ magnétique, mais aussi son orientation. On peut ensuite développer une suite d’algorithmes pour mieux détailler les cartes de champs magnétiques. »

« On utilise les impuretés d’azote dans le diamant pour extraire l’information, ajoute-t-il. On envoie un laser vert sur le diamant et en retour il va émettre une lumière rouge. L’intensité de la lumière rouge va nous donner les caractéristiques du champ magnétique. »

Les magnétomètres sont utilisés dans tous les systèmes de navigation. Ils peuvent aussi servir à trouver des vestiges de guerre comme des bombes qui n’ont pas encore explosé ou des mines antipersonnelles.

« Les magnétomètres sont utilisés dans plein de domaines, mais celui qu’on focalise en ce moment, c’est l’industrie minière, précise M. Roy-Guay. On intervient au stade de l’exploration ou s’ils veulent étendre la mine. On peut dire vers où s’en va le filon de minerai par exemple. »

« Gros engouement »

Cette technologie sherbrookoise vise aussi à rendre accessibles les plus petits gisements qui étaient auparavant trop difficiles à localiser.

« Il y a un gros engouement en ce moment au niveau des batteries pour les autos électriques et les mines de lithium, explique-t-il. C’est de plus en plus de petits gisements parce que les plus gros ont déjà été exploités ou sont à l’étranger. On peut créer un réseau de senseurs qui va permettre de repérer de plus petits gisements. »

Ce magnétomètre quantique a aussi bien évidemment des applications militaires. Il peut aider par exemple à détecter un sous-marin dans l’océan. De façon un peu plus surprenante toutefois, il pourrait être bien utile en archéologie.

« C’est anecdotique, mais les humains dans le passé faisaient des feux et la terre autour de ces feux possède une charge magnétique différente. Ça donne une immense signature magnétique. »

SB Quantum, qui vient d’emménager dans ses nouveaux locaux sur la rue Galt Ouest, espère commencer à vendre des dispositifs dans la prochaine année.

« Notre but n’est pas nécessairement de vendre notre magnétomètre, mais plutôt une plateforme qui comprend tous nos algorithmes, résume celui qui a fait son baccalauréat et son doctorat à l’Université de Sherbrooke. On veut faire beaucoup de tests terrain cet été. » 

Rendre le quantique sans fil

Sherbrooke

Rendre le quantique sans fil

Simon Roberge
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Les technologies quantiques ne sont même pas encore implantées à grande échelle qu’une entreprise de Sherbrooke tente de les rendre sans fil. Qubic travaille en ce moment sur un tout nouveau type de signal qui pourrait changer la donne au niveau des communications.

Le principe de base de la jeune pousse sherbrookoise est de créer un signal qui arrive à outrepasser tout le « bruit » créé par les ondes de nos nombreux appareils électroniques.

« L’électronique conventionnelle est assez bruyante, explique Jérôme Bourassa, fondateur et PDG de Qubic. Si on veut envoyer un signal et récolter l’écho, il faut émettre un signal très fort pour espérer qu’il puisse se rendre et revenir. On fait donc juste continuellement rajouter du bruit et il y a déjà une foule de signaux dans l’environnement. C’est comme être dans un bar et essayer d’avoir une discussion avec quelqu’un. »

« Ce que l’électronique quantique permet de faire, c’est de générer des signaux avec une très grande pureté, poursuit-il. On est aussi capable de créer une copie conforme de ce signal et de le garder en banque pour aisément authentifier les messages. Et même si on fonctionne bien en deçà du niveau de bruit, on peut détecter le message. Ça nous donne des possibilités qu’on n’avait pas avant comme d’envoyer des communications secrètes sans que personne ne le sache. Non seulement le message ne pourrait pas être intercepté, mais il serait impossible de déterminer d’où il est parti. »

Les applications concrètes de cette technologie pourraient être par exemple un réseau de communication interne d’une entreprise qui souhaite sécuriser ses secrets industriels. Les applications militaires pour la détection radar sont aussi nombreuses. Ne demandez toutefois pas cette technologie la prochaine fois que vous irez changer de cellulaire.

« Ce qu’on vise en premier ce sont des applications à courte portée, indique Jérôme Bourassa. On n’envisage pas pour l’instant le marché de commodités. Mais avec le raffinement technologique dans les prochaines années peut-être. On est loin d’avoir quelque chose de compact, mais rien n’empêcherait par exemple une tour cellulaire quantique, avec des équipements de contrôle et de réfrigération, qui partage de l’information avec des appareils qui n’ont pas besoin d’être quantiques. »

Cette technologie pourrait aussi servir pour les satellites selon M. Bourassa.

« Avec les changements climatiques, on a besoin d’avoir des données satellitaires plus précises pour pouvoir déceler des détails plus fins comme l’épaisseur du couvert de la neige ou l’envergure des zones inondables. Avec la microélectronique quantique et les supraconducteurs, ça nous donne plus d’outils pour avoir de meilleurs signaux et faire des systèmes de télédétection et de télécommunication plus robustes. » 

Un premier prototype

Qubic possède un prototype fonctionnel de sa technologie à l’Université de Waterloo.

« On a réussi à démontrer un gain quantique dans la détection d’objets, résume Jérôme Bourassa. Nos premiers tests démontrent qu’on est 10 fois plus performant qu’un système radar conventionnel. On planifie maintenant pour les cinq prochaines années. On va travailler pour le rendre mobile et plus compact.»

Le quantique, c’est quoi au juste?

À sa plus simple définition et résumé très sommairement, la théorie quantique est la théorie qui traite du comportement des objets physiques au niveau microscopique comme les atomes, les noyaux ou les particules.

Le monde quantique est aussi un monde où les lois sont différentes. L’intrication quantique permet par exemple à deux particules jumelles d’agir l’une sur l’autre et ce peu importe la distance qui les sépare. La fluctuation quantique du vide décrit quant à elle la création spontanée de particules.

« La nature a horreur du vide et à des températures très basses dans un environnement vide, il y a des photons qui se créent spontanément, explique Jérôme Bourassa, PDG et fondateur de l’entreprise Qubic. On va donc chercher ce photon qui arrive de nulle part et on a un supraconducteur qui a les capacités de pouvoir prendre ce photon et de le splitter en deux jumeaux parfaitement identiques. »

C’est donc la compréhension de ces phénomènes qui amènent les nouvelles découvertes notamment en ce qui concerne les matériaux quantiques, dont les supraconducteurs, qui perdent toute résistance électrique à basse température, sont peut-être le meilleur exemple.