Que fait une scientifique quand elle se heurte à un problème que les plus imposants et puissants super ordinateurs modernes sont incapables de résoudre?
Bâtir un ordinateur encore plus gros et plus puissant, direz-vous peut-être. Pourtant, la prochaine grande révolution en informatique viendra sans doute de la maîtrise de phénomènes physiques qui se déroulent à la plus infime échelle du temps et de l'espace imaginable : celle du calcul quantique.
Dernière lauréate en date de la bourse de recherche postdoctorale Luise et Gerhard Herzberg du CNRC, par ses travaux en photonique ultrarapide, Kate Fenwick pourrait bien un jour ouvrir la voie à la création d'un ordinateur quantique.
La quête de l'excellence en recherche
Pour elle, la bourse de recherche postdoctorale Herzberg constitue l'occasion de poursuivre le travail qu'elle a amorcé en 2019 avec l'équipe du CNRC, comme étudiante à la maîtrise de l'Université Queen's d'abord, puis comme doctorante à l'Université d'Ottawa.
Kate qualifie ses collègues du Centre de recherche en quantique et en nanotechnologies comme des personnes « brillantes, mais aussi incroyablement attentionnées », dont l'expertise n'a d'égale que leur volonté de répondre aux questions et de partager leurs connaissances avec les stagiaires.
« Cela me motive énormément », avoue-t-elle, en précisant que ses recherches ne pourraient progresser sans les installations exceptionnelles du laboratoire ni le dévouement de son personnel de soutien technique.
L'avenir de l'informatique
Sa thèse de doctorat, qui porte sur le traitement optique ultrarapide des données quantiques, s'appuie sur les fondements de l'optique ultrarapide qu'elle a étudiés tout au long de son passage à l'université.
À la maîtrise, sous la direction de James Fraser (Ph. D.), le professeur de l'Université Queen's qui l'a convaincue de se lancer en physique au début de ses études de deuxième cycle, Kate étudiait la dynamique des feuilles ultraminces de disulfure de molybdène (MoS2), matériau réputé pour ses propriétés de semi-conducteur direct dans la largeur de bande interdite.
Encore à la maîtrise, elle a entrepris un stage de 8 mois au CNRC, au sein de l'équipe de la photonique quantique ultrarapide dirigée par Ben Sussman (Ph. D.), dans le cadre du programme d'enseignement coopératif. Cela lui a donné l'occasion de côtoyer les scientifiques qui s'efforcent d'appliquer la photonique à l'informatique quantique au moyen, notamment, d'une technique appelée « encodage ultrarapide à intervalle de temps » et grâce à laquelle l'information est encodée à l'arrivée même des photons.
Marquante, l'expérience l'a été et elle a amené Kate à nourrir un intérêt personnel pour l'informatique quantique articulée sur la photonique, intérêt qui s'est confirmé avec un doctorat à l'Université d'Ottawa, alors qu'elle poursuivait ses travaux avec l'équipe de la photonique quantique ultrarapide.
« La possibilité d'explorer de nouvelles applications de l'optique ultrarapide est vraiment la raison pour laquelle j'ai décidé de rester », explique Kate. « J'ai trouvé la recherche ici très intéressante. J'ai pu utiliser ce que j'avais appris au cours de ma maîtrise pour mes recherches de doctorat ».
Passer à la vitesse supérieure
En tant que boursière de recherche postdoctorale Herzberg, Kate continuera d'étudier l'encodage ultrarapide à intervalle de temps, dont le prochain objectif consiste à modifier la plateforme qu'elle met au point avec ses collègues et qui, pour l'instant, ne fonctionne que sur la base d'un seul photon.
« Augmenter le nombre de photons est l'objectif supérieur, car c'est là que réside vraiment la puissance du calcul quantique, explique-t-elle. Plus le système acceptera de photons, plus il gagnera en complexité. C'est alors que l'ordinateur quantique surpassera vraiment l'ordinateur traditionnel. »
Kate attend aussi avec enthousiaste d'utiliser les compteurs de photons installés depuis peu au CNRC. Ces détecteurs aux capacités exceptionnelles ont été conçus par une entreprise canadienne spécialisée en informatique quantique avec l'aide de Solutions innovatrices Canada.
« Les nouveaux détecteurs à résolution du nombre de photons nous diront combien de photons se retrouvent dans un intervalle de temps donné. La puissance de notre protocole de traitement des données en sera accrue et nous aurons accès à beaucoup plus d'informations que c'est présentement le cas. »
Hommage à un grand scientifique
Native de Calgary (Alberta), Kate est la deuxième récipiendaire de la bourse Herzberg, créée en 2022 et décernée chaque année à une personne récemment diplômée d'un doctorat qui s'identifie comme une femme et qui a fait preuve d'excellence en recherche. La bourse commémore les contributions scientifiques de Luise et Gerhard Herzberg, les deux titulaires d'un doctorat. Quelques pas seulement séparent le laboratoire de photonique quantique ultrarapide, où la jeune femme poursuit ses recherches, au 100, promenade Sussex, à Ottawa, du bureau qu'occupait Gerhard Herzberg durant son illustre carrière au CNRC.
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