Plus de 7,4 M$ accordés à l’INRS pour révolutionner la physique quantique

Ces octrois majeurs sont accordés à trois projets permettant des avancées dans des secteurs comme les télécommunications et la biomédecine.

Trois projets prometteurs dirigés par des professeurs de l’INRS se verront soutenir à hauteur de 7,4 millions de dollars échelonnés sur les prochaines années. Ces initiatives auront pour but l’amélioration des capacités de communication, de calcul et de détection quantiques par l’intégration de la photonique et des technologies quantiques.

Tous tenus sous la forme de partenariats universitaires et industriels, ces projets seront financés par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) dans les cadres des subventions Avantage de son programme Alliance.

Ces subventions soutiennent des initiatives qui mettent de l’avant les collaborations entre les milieux universitaires et les organismes partenaires des secteurs privé, public ou sans but lucratif. Ces partenariats ont pour objectif d’accélérer le transfert des découvertes des chercheuses et chercheurs en applications d’impact dont les retombées sont réelles et concrètes pour le Canada.

Depuis quelques années, la puissance potentielle des dispositifs quantiques suscite un intérêt mondial croissant. En effet, repousser les limites de la science et des technologies quantiques promet de répondre d’une manière inégalée à plusieurs défis d’avenir de la société. D’ailleurs, le gouvernement du Québec a fait de ce secteur une priorité de sa Stratégie québécoise de recherche et d’investissement en innovation (SQRI), tandis que le Canada possède une stratégie nationale dans le domaine des technologies quantiques. L’INRS et son Centre Énergie Matériaux et Télécommunications (EMT) se positionnent à l’avant-plan des progrès de cette industrie.

« Le Centre EMT compte sur des équipes de recherche et des infrastructures exceptionnelles pour le développement des technologies quantiques. De plus, par sa mission, l’INRS répond à cet enjeu important pour le développement socioéconomique du Québec et du Canada. »

François Légaré, professeur et directeur du Centre EMT

Du matériel pour l’Internet du futur

Le projet « Scalable solid-state semiconductor platform for on-chip quantum communication » reçoit une subvention de 1,170,000 $ pour 4 ans. Il est piloté par le professeur au Centre EMT, Sharif Sadaf, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en III-nitride Compound Semiconductor Nanostructures and Devices, spécialisé en nanophotonique, en codirection avec des collègues de l’Université McGill et de Polytechnique Montréal. Grâce à ce projet, l’équipe souhaite développer une plateforme de semiconducteurs appelés « epitaxial quantum dots (QDs) » pour « génération efficace de lumière quantique ». Ces semiconducteurs d’avant-garde permettront de générer et de manipuler les états des photons quantiques.

Ce genre de dispositif, que l’on appelle source de photon unique (ou SPS pour single photon source), capable d’émettre, sur demande, un photon à la fois, est à la base d’un grand nombre de technologies quantiques comme la communication, l’informatique et la détection quantiques. La plateforme que souhaitent développer le professeur Sadaf et ses collaborateurs sera conçue à base de nitrures III, dont il a été démontré que les propriétés d’émission quantique peuvent être ajustées et contrôlées aussi bien sur un large spectre qu’à température ambiante. Cette spécificité multiplie d’autant ses possibilités d’application, notamment pour la création de technologies futures pour l’électronique et l’opto-électronique, y compris du matériel informatique, et pour le développement de la communication quantique sur puce de nouvelle génération liée à l’Internet du futur.

En plus des deux établissements d’enseignement déjà nommés, quatre partenaires industriels collaboreront étroitement au projet. Il s’agit de Xanadu, CMC Microsystems, OptoElectronic Components et Numana, déjà actifs dans la commercialisation qui touche le secteur quantique. Selon le professeur Sadaf, un tel projet multidisciplinaire revêt une grande importance pour la science et les technologies quantiques. « L’atteinte de son objectif est sur le point de provoquer un changement de paradigme majeur dans ce domaine au Canada et dans le monde », soutient-il.

Améliorer la cybersécurité et la biomédecine

Professeur au Centre EMT, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en smart programmable photonics et spécialiste en optique non linéaire, Roberto Morandotti mène pour sa part le projet « Advanced QUAntum applications via complex states in integrated and meta optics (AQUA) ». Celui-ci bénéficie d’une somme de 4,998,882 $ sur cinq ans. Quatre autres professeurs du Centre EMT codirigeront le projet, soit les professeurs Sharif Sadaf, Jose Azaña, Luca Razzari et Bienvenu Ndagano.

Le projet AQUA vise le développement et la commercialisation de technologies de communication, d’imagerie et de détection quantiques basées sur des plateformes et des techniques de traitement photoniques intégrées. Ces technologies promettent d’être évolutives et beaucoup plus économes en énergie que celles connues jusqu’à maintenant. Elles concernent notamment les réseaux de communication quantique multi-utilisateurs à haut débit et à large bande passante, les métamatériaux nanostructurés pour l’imagerie quantique avancée ainsi que des modalités novatrices de détection et d’imagerie quantiques basées sur le rayonnement térahertz, la métaoptique et les caméras à photon unique.

Par ses visées très concrètes, le projet AQUA entend assurer le positionnement du Canada comme chef de file dans la création de systèmes d’information ultra sécurisés et d’instruments biomédicaux offrant de meilleurs diagnostics.

Vont collaborer à ce projet l’Université McGill, l’Université de Toronto, et la Swinburne University of Technology, en plus des partenaires industriels suivants :  CMC Microsystems, COMBS, Enablence, few-cycle Inc., Ki3 Photonics Technologies, OptoElectronic Components, Pasqal, SpectraCann et Xanadu Quantum Technologies.

Des communications d’une puissance inégalée

Enfin, financé à hauteur de 1,275,000 $ pour 4 ans, le projet « High-dimensional photonic systems for quantum information processing » se tient aussi sous la direction de Roberto Morandotti en collaboration avec le professeur José Azaña, rattaché au Centre EMT et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en traitement des signaux photoniques ultrarapides jusqu’en 2021.

Les partenaires industriels du projet sont les entreprises Ki3 Photonics Technologies et OptoElectronic Components, spécialisées dans l’innovation et la commercialisation des technologies quantiques. Les travaux du groupe, qui s’appuient sur une subvention complémentaire du Pôle de recherche et d’innovation sur les matériaux avancés (PRIMA Québec), ont pour but de démontrer la faisabilité de l’Internet quantique.

Pour y parvenir, les professeurs Morandotti et Azaña, accompagnés de leur équipe, entendent développer et commercialiser un processeur photonique quantique évolutif basé sur des états photoniques complexes. Ils souhaitent ainsi mettre en œuvre des opérations et des algorithmes de calcul quantique de hautes dimensions, et réaliser un banc d’essai de communication quantique sécurisée dans des liaisons à fibre optique.

Ces efforts de recherche représenteront également une occasion de premier ordre pour former une relève hautement qualifiée possédant des connaissances de pointe en informatique photonique quantique, en communication quantique et en internet quantique.

« Voilà qui contribuera à établir une main-d’œuvre hors pair et polyvalente qui positionnera l’INRS, le Québec et le Canada au premier rang des leaders mondiaux pour des avancées dans ces domaines des plus stratégiques pour l’avenir. Nous sommes très enthousiastes à l’idée de travailler sur ces projets porteurs. » 

Roberto Morandotti, professeur de l’INRS