Bienvenu Irenge Ndagano : Démystifier la photonique quantique et comprendre son impact sur notre société

Bienvenu Irenge Ndagano : Démystifier la photonique quantique et comprendre son impact sur notre société.

La photonique quantique s’impose aujourd’hui comme l’un des domaines les plus prometteurs pour transformer nos technologies. En manipulant les propriétés des photons, elle ouvre la voie à des communications ultrasécurisées, à une imagerie plus précise et à des capteurs d’une sensibilité inégalée.

À l’Institut national de la recherche scientifique (INRS), le professeur Bienvenu Irenge Ndagano, titulaire d’une chaire en photonique quantique du ministère de l’Économie, de l’Innovation et de l’Énergie, explore ces propriétés multidimensionnelles de la lumière afin de concevoir de nouvelles approches en communication, en imagerie et en détection. Reconnu pour ses travaux en communication quantique avec des photons structurés et en imagerie quantique, il contribue à repousser les frontières de ce que la lumière peut révéler, du monde microscopique aux réseaux de demain.

Pour nous, il démystifie ce domaine encore trop méconnu et explique comment, avec ses collègues du Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, il contribue activement à cette révolution scientifique.

On entend parler de photonique quantique, mais ça reste assez abstrait. Pouvez‑vous nous expliquer ce que c’est ?

C’est une branche de la science qui peut sembler abstraite. Moi-même, avant de m’y plonger, je n’avais pas réalisé toute l’étendue de son potentiel. Et pourtant !

Quand on parle de photonique quantique, on fait référence à des phénomènes de la physique qui se déroulent à l’échelle du très, très petit, appliqués à la lumière. Quand il est question de lumière, la plupart des gens pensent au spectre du visible, qui se traduit en couleurs. En photonique, on s’intéresse à l’ensemble du rayonnement lumineux — dans le visible, mais aussi dans l’invisible. En quantique, on s’attarde à son aspect fondamental à partir des photons, qui sont les composantes les plus élémentaires de la lumière. Les photons se déplacent sous forme de petits paquets d’énergie — des « quanta », d’où le mot « quantique ».

Et dans le monde quantique, la lumière se comporte parfois comme une onde, parfois comme une particule, pouvant même se trouver à plusieurs endroits en même temps ! Ce sont des phénomènes contre‑intuitifs, mais fascinants.

Comprendre ces propriétés fondamentales, c’est la base de technologies qui transforment déjà notre quotidien. Le laser, par exemple — utilisé dans les scanneurs d’épicerie, les chirurgies ou les communications Internet — découle directement de la science du quantique et de la lumière.

Quelles sont les applications qui font de la photonique quantique une technologie d’avenir ?

Elles sont nombreuses !

Il y a d’abord les communications sécurisées, un domaine auquel je consacre une partie de mes recherches. Grâce à la cryptographie quantique, il est possible de transmettre de l’information photon par photon. Un principe fondamental rend cette technologie unique : un photon ne peut pas être cloné. Toute tentative d’interception crée des anomalies détectables par les deux parties. C’est un atout majeur pour la cybersécurité et les applications de défense.

Dans mon laboratoire, nous explorons aussi de nouvelles façons de « structurer » la lumière pour transmettre encore plus d’information par photon. En utilisant la forme ou la direction du photon, un peu comme des lettres supplémentaires dans un alphabet, on peut augmenter la quantité de données envoyées à chaque fois. Cela permettrait des communications encore plus rapides et sécurisées.

flL’imagerie quantique, une autre de mes spécialisations, est très prometteuse en biomédecine. Aujourd’hui, observer des molécules ou des cellules cancéreuses nécessite des instruments extrêmement coûteux. Les effets quantiques peuvent permettre de développer des microscopes beaucoup plus abordables — et donc plus accessibles aux laboratoires. Je développe des techniques d’imagerie quantique qui permettent d’observer des cellules très fragiles avec très peu de lumière, sans les abîmer. Cela nous donne accès à des informations précises et pourrait aider les experts en biomédecine à mieux analyser des échantillons plus sensibles ou rares, comme certaines protéines liées à la maladie d’Alzheimer, qui se dénaturent et perdent leur fluorescence lorsqu’elles sont exposées à une lumière trop intense.

L’imagerie quantique permet également de repérer des molécules ou des gaz invisibles comme le méthane, un puissant gaz à effet de serre. Les capteurs quantiques ultra‑sensibles pourraient devenir des outils de surveillance essentiels.

Enfin, l’ordinateur quantique, dont le développement progresse depuis plusieurs années, fait partie des grandes promesses scientifiques de ce domaine.

Comment ces technologies stimulent‑elles l’innovation et la croissance économique, et quelles retombées offrent‑elles pour le Québec et le Canada?

Ces technologies stimulent l’innovation en rapprochant naturellement la recherche et l’industrie — et je le vois tous les jours à l’INRS. Nous avons l’habitude de transformer des percées scientifiques en solutions concrètes.

L’INRS est d’ailleurs l’établissement universitaire qui détient le plus grand nombre de brevets en technologies quantiques au Québec.

Ki3 Photonics, par exemple, une entreprise issue du groupe de mon collègue le professeur Roberto Morandotti, développe des sources quantiques et des composantes pour analyser et contrôler des réseaux quantiques en fibre optique. Cela illustre bien cette dynamique : c’est un transfert de connaissances qui crée de la valeur et des emplois.

À l’INRS, nous progressons aussi grâce à des partenariats stratégiques. Par exemple, nous collaborons avec Xanadu, une entreprise qui développe des ordinateurs quantiques basés sur la lumière — les photons servent alors à exécuter des algorithmes. Dans le cadre d’un programme Alliance du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, nous travaillons ensemble pour accélérer le développement de ces technologies de calcul quantique photoniques. Ce type de collaboration nous permet de tester nos idées en conditions réelles tout en formant une relève hautement qualifiée.

À l’échelle canadienne, des projets ambitieux comme la mission QEYSSat de l’Agence spatiale canadienne visent à établir des liens de communication quantique sur de très longues distances par satellite. C’est un pas important vers des connexions sécurisées sans devoir poser des milliers de kilomètres de fibre.

Bref, le Québec et le Canada font partie des joueurs de premier plan, et l’INRS y tient un rôle actif — par la recherche, les partenariats et la formation. D’ailleurs, selon le Conseil national de recherches du Canada, l’industrie quantique pourrait atteindre 139 milliards de dollars d’ici 2045. C’est cet élan collectif, et la force de l’expertise de l’INRS, qui m’ont convaincu de rejoindre le Centre Énergie Matériaux Télécommunications.