Canada’s investments in quantum research drive real-world results
Researchers at the Institute for Quantum Computing (IQC) at the University of Waterloo are doing more than tackling trailblazing theoretical and applied research that expands our understanding of quantum mechanics.
Faculty, postdoctoral researchers and students — from undergraduates to PhD candidates — are showing the powerful possibilities of applied quantum technologies and research commercialization, making a deep and lasting impact on society.
“Canada made quantum information one of its scientific pillars, understanding its importance, making investments for advancements and seeing it as an area of strength. This has moved quantum science and technology from being important to the focus point it is today.”
- Dr. Norbert Lütkenhaus, executive director of IQC and professor, Department of Physics and Astronomy.
“The power of a physically close community is unique to Waterloo. You’d think that collaboration would be just a ‘nice to have’ but it does change the dynamic of research.”
- Emiliia Dyrenkova, master’s student in Computer Science and Quantum Information.
Alex Maierean, is a part-time PhD student at IQC and co-founder of Phantom Photonics with IQC affiliates Dr. Thomas Jennewein and Dr. Shihan Sajeed. When she joined IQC her vision stretched beyond foundational scientific discovery — she wanted to be a startup founder.
“There is a lot of willingness for commercialization at IQC even though students are very focused and enthusiastic about research,” Maierean says. “Pulling someone away to run a startup is a different kind of challenge but IQC is a place that supports technology commercialization.”
(Banner image left to right Jennewein, Maierean and Sajeed.)
Les investissements du Canada dans la recherche quantique donnent des résultats concrets
Les réalisations de l’Institut d’informatique quantique montrent le pouvoir de la collaboration pour l’avancement de la recherche et la commercialisation de la technologie quantique
L’Institut d’informatique quantique (IQC) de l’Université de Waterloo ne se contente pas de mener une recherche théorique et appliquée novatrice qui élargit notre compréhension de la mécanique quantique.
Son corps professoral, ses chercheurs postdoctoraux et ses étudiants – du premier cycle au doctorat – démontrent aussi les répercussions profondes et durables que peuvent avoir les technologies quantiques appliquées et la commercialisation de la recherche.
L’IQC a été établi en 2002, grâce à un investissement du fondateur de BlackBerry, Mike Lazaridis. Depuis, ses chercheurs ont été à la source de plus de 3 000 articles évalués par des pairs et 125 000 citations, ce qui en fait l’un des instituts de recherche quantique les plus influents à l’échelle planétaire. L’IQC a également vu démarrer plus de 20 entreprises dans le domaine quantique, et 40 % de ses chercheurs sont impliqués dans des démarches de commercialisation.
Norbert Lütkenhaus, directeur général de l’IQC et professeur à son département de physique et d’astronomie, affirme que le Canada investit proactivement dans la science et la technologie quantiques depuis bien avant le lancement de la Stratégie quantique nationale, qui vise à stimuler la recherche et l’innovation dans le domaine.
« Le Canada a fait de l’information quantique l’un de ses piliers scientifiques; il en a réalisé l’importance, y a vu une force et a investi pour faire avancer la science et la technologie quantiques – qui sont passées d’un simple domaine d’intérêt au point de mire qu’elles sont aujourd’hui »,
- Norbert Lütkenhaus.
Il ajoute que les investissements repoussent les limites de l’innovation et de la science quantique et favorisent un environnement d’apprentissage et de formation productif.
Le regroupement de chercheurs et l’élimination du cloisonnement entre les domaines au Mike & Ophelia Lazaridis Quantum-Nano Centre et au Centre d’avancement de la recherche ont favorisé la collaboration interdisciplinaire et l’avancée de la science.
« Cette proximité physique entre chercheurs est un avantage unique à Waterloo. On pourrait penser que ce ne serait qu’un léger atout, sans plus, mais ça change toute la dynamique de recherche »,
- Emiliia Dyrenkova, étudiante à la maîtrise en informatique et information quantique.
Sa première expérience à l’IQC, en 2022, a été de fréquenter l’école d’été USEQIP (Undergraduate School for Experimental Quantum Information Processing), à titre d’étudiante de premier cycle en génie électrique et en informatique à l’Université de Californie à Berkeley.
« Il y a tellement de ressources ici qui rassemblent les chercheurs dans une atmosphère collaborative, explique Mme Dyrenkova. Ce qui m’a particulièrement donné envie de revenir à la maîtrise, c’étaient les occasions d’échanger lors d’activités sociales et les liens amicaux qui se tissent en dehors des groupes de recherche et permettent de poser toutes sortes de questions aux autres. Le programme de premier cycle m’en avait donné un bel avant-goût. »
Depuis la création de l’Institut en 2002, informaticiens, physiciens, chimistes et ingénieurs partagent un même espace et travaillent en étroite collaboration.
« C’est cette manière d’être qui fait notre succès. Elle crée une atmosphère qui donne envie aux gens de venir à l’IQC. »
Déjà avant de rejoindre l’Institut, Emiliia Dyrenkova était naturellement curieuse à propos de la mécanique quantique et de son potentiel, un intérêt que l’USEQIP a approfondi.
Elle étudie actuellement les méthodes pour encoder les électrons en qubits, leurs pour et leurs contre, et la manière de rendre cet encodage utile. Ce qui l’a initialement attirée vers la mécanique quantique? Son potentiel révolutionnaire en sciences des matériaux, et même pour la découverte de nouveaux médicaments.
« Ce qui m’a interpellée au départ et qui motive toujours mes recherches actuelles, c’est la question de comment simuler les interactions chimiques et physiques par ordinateur quantique, nous dit-elle. Comment nous servir de ce nouveau paradigme informatique pour résoudre des problèmes scientifiques? »
De la recherche fondamentale aux applications industrielles
Au-delà de la recherche appliquée et théorique, les professeurs et les étudiants de l’IQC sont également motivés par la commercialisation de leurs technologies pour des applications industrielles. C’est le cas de la cofondatrice et PDG de Phantom Photonics, Alex Maierean (maîtrise en mathématiques, 2024).
Son entreprise conçoit des capteurs quantiques pour mieux détecter les signaux faibles à l’aide de techniques avancées qui ignorent le bruit de fond – un produit qui a des applications directes pour les industries ayant un volet maritime ou spatial.
Alex Maierean, qui étudie à temps partiel au doctorat à l’IQC, a fondé Phantom Photonics avec deux autres personnes affiliées à l’établissement : Thomas Jennewein et Shihan Sajeed. Lorsqu’elle a rejoint l’Institut, ses projets s’étendaient au-delà de la découverte scientifique fondamentale : elle voulait fonder sa propre entreprise.
« Il y a une grande ouverture à la commercialisation à l’Institut – même si les étudiants restent très concentrés et enthousiastes à l’égard du travail de recherche, dit-elle. Extraire quelqu’un de son labo pour démarrer une entreprise est une tout autre paire de manches, mais s’il y a bien un endroit pour appuyer la mise en marché des technologies, c’est l’IQC. »
Photo de bannière (de gauche à droite) : Thomas Jennewein, Alex Maierean, Shihan Sajeed
Aujourd’hui, Phantom Photonics se trouve à Velocity, le centre d’entrepreneuriat de l’Université de Waterloo. Depuis son arrivée l’an dernier, l’entreprise a mis à l’essai son produit à Halifax, augmenté ses effectifs à sept au total et reçu un financement non dilutif, et elle se prépare maintenant à une ronde de financement de démarrage.
Norbert Lütkenhaus estime que la connexion entre les départements et les disciplines, allant de la théorie aux sciences appliquées, est un atout puissant pour le lancement d’une entreprise.
« Les connexions qui se bâtissent dans nos installations physiques s’appuient sur la réputation pour la commercialisation qu’a l’Université de Waterloo et sur sa formidable politique qui assure les droits de propriété intellectuelle aux créateurs, dit-il. L’IQC vient enrichir la main-d’œuvre et former la prochaine génération de chercheurs. »
La continuité de tout un siècle de mécanique quantique
Ce qui ne cesse d’animer et de motiver Emiliia Dyrenkova, c’est l’exploration scientifique du possible.
« Ça a attisé ma curiosité, le fait que la mécanique quantique soit tellement contraire à nos intuitions premières. Je suis friande d’idées qui sortent de l’ordinaire, ce qui rend le domaine fondamentalement intéressant pour moi. »
Norbert Lütkenhaus ajoute que, malgré sa réputation d’être contre-intuitive, la mécanique quantique a montré, en cent ans d’étude et de mise en application de ses principes, toute sa puissance et son utilité.
« L’intuition, c’est quelque chose qui peut se bâtir. Tous les éléments peuvent être calculés, compris et prédits mathématiquement sans problème – vraiment, il n’y a pas de mystère. »