Prêts pour le grand saut

Quantum leapLes chercheurs en photonique Ksenia Dolgaleva et Jeff Lundeen, dans le nouveau laboratoire du professeur Lundeen au Complexe de recherche avancée.

« Ottawa est l’un des meilleurs endroits au monde pour la recherche en photonique »

– Ksenia Dolgaleva

La recherche en photonique a mené Ksenia Dolgaleva de l’Université d’État de Moscou aux universités de Rochester et de Toronto et, plus récemment, à l’Université d’Ottawa.

« Ottawa est l’un des meilleurs endroits au monde pour la recherche en photonique », déclare la professeure de génie arrivée à l’Université en 2013. La ville est au cœur de la recherche dans ce domaine depuis des dizaines d’années; l’Université d’Ottawa y joue un rôle de chef de file, et des dizaines d’entreprises y sont actives en ce moment.

La chercheuse dit qu’elle a été attirée à l’Université d’Ottawa par la possibilité de former un groupe de recherche solide grâce à l’appui du programme de photonique de l’Université. Elle est ravie de travailler avec le professeur de physique Jeff Lundeen, un autre nouveau venu, et avec le titulaire de la Chaire d’excellence en recherche du Canada sur l’optique non linéaire quantique, Robert Boyd. Cet illustre chercheur de renommée mondiale en photonique, en nanophotonique et en optique quantique est arrivé à l’Université en 2010 de l’Université de Rochester pour élaborer un programme de recherche de classe mondiale à la croisée de la science et du génie.

Mme Dolgaleva fait partie de l’équipe de photonique qui emménage au Complexe de recherche avancée de l’Université. L’installation, l’une des plus perfectionnées du genre au monde, procurera aux chercheurs en photonique la boîte à outils rêvée pour mener leurs travaux. Des carreaux antistatiques protégeront les lasers fragiles. Les murs noirs mats empêcheront les interférences dues à la lumière parasite. Des planchers antivibrations annuleront les effets de la circulation, des tremblements de terre mineurs et d’autres mouvements terrestres sur les résultats.

Le nouveau complexe sera une vraie bénédiction pour les jeunes scientifiques comme Ksenia Dolgaleva et Jeff Lundeen, pour qui le fait d’avoir son propre laboratoire où mener ses recherches et de pouvoir diriger sa propre équipe explique son engouement à travailler à l’Université.

« L’Université d’Ottawa a mis beaucoup d’efforts sur la recherche en photonique », dit le professeur de physique, qui travaillait auparavant au Conseil national de recherches Canada (CNRC). Au CNRC, M. Lundeen a inventé et mis à l’essai une méthode d’observation directe de la fonction d’onde d’une particule – la vague quantique qui décrit le comportement des systèmes subatomiques –, méthode qui a fait l’objet d’un article dans la revue Nature en 2011. En mars 2014, il a reçu la Chaire de recherche du Canada en photonique quantique.

Les objectifs de recherche des professeurs Lundeen et Dolgaleva – l’un en physique, l’autre en génie – illustrent la valeur de la collaboration entre chercheurs. Les deux s’intéressent à la science et à l’ingénierie des photons, plus précisément aux particules isolées de lumière. Il est extrêmement difficile de comprendre le comportement des photons à l’échelle quantique; ce genre de recherche nécessite des centres de recherche à la fine pointe, mais le jeu en vaut la chandelle.

« Les scientifiques ne réussissent pas encore à bien modéliser les systèmes quantiques en ce moment », constate Jeff Lundeen. Ce dont ils ont besoin, c’est d’un ordinateur dont le fonctionnement serait assuré par la mécanique quantique. Son équipe s’attache à construire de tels ordinateurs qui pourraient, par exemple, créer de meilleures molécules médicamenteuses ou contribuer à l’élaboration de matériaux plus résistants et plus légers pour l’industrie. L’objectif ultime du professeur Lundeen est de créer un ordinateur dans lequel toute l’information serait transmise par des photons au lieu des signaux électroniques conventionnels utilisés en informatique classique.

Quant aux travaux de la professeure Dolgaleva, ils comportent trois volets. Le premier consiste à créer des circuits photoniques intégrés pour les réseaux de communication par fibres optiques, ce qui pourrait améliorer les bandes passantes et la vitesse des connexions internet, par exemple. Le second consiste à étudier la possibilité de produire des circuits optiques intégrés pour l’information quantique, qui pourraient servir à l’encodage et à la transmission réseau de données, de façon sécurisée. La professeure s’intéresse aussi à des solutions fondées sur la physique pour améliorer les propriétés optiques des matériaux et des appareils photoniques.

« Les réseaux modernes de communication optique sont restreints par les limites fondamentales du traitement des signaux électroniques imposées par l’étroitesse de la bande passante », explique-t-elle, en ajoutant qu’il faut améliorer les formes de traitement des signaux pour éliminer ces obstacles. Son équipe élaborera de meilleurs instruments optiques et de minuscules structures photoniques qui pourraient servir à accélérer les réseaux à fibres optiques.

Les deux chercheurs soulignent qu’il est difficile de faire des projections quant à l’aboutissement de leurs travaux parce que le domaine de la photonique évolue trop rapidement. Cela dit, Jeff Lundeen espère que ses travaux mèneront à la création de réseaux de communication totalement sécurisés et d’un ordinateur quantique, ainsi qu’à une meilleure compréhension de la mécanique quantique comme telle. Quant à ceux de Ksenia Dolgaleva, ils pourraient accélérer la transmission de l’information dans ces réseaux de communication. C’est précisément le genre de collaboration interdisciplinaire que l’on souhaitait favoriser en construisant le Complexe de recherche avancée.

 

par Elizabeth Howell

Haut de page