Physique à basse température — Des chercheurs en physique quantique se réunissent dans l’Arctique canadien

Sur une crête moussue surplombant une vallée sculptée par un ancien glacier, les randonneurs se sont arrêtés pour déguster du caribou, du narval et de l’omble chevalier.

Ils ont vu des icebergs fondants dériver dans l’océan Arctique et se sont réchauffé le visage rosi par le froid en l’exposant au soleil, qui ne se couche jamais complètement en été et ne se lève jamais tout à fait en hiver. Après avoir évalué la météo et le meilleur chemin à suivre, ils sont passés à un autre sujet d’importance : l’optique quantique aux fréquences micro-ondes avec des circuits supraconducteurs.

La physique quantique est une science contre-intuitive pouvant exiger des chercheurs qu’ils sortent de leur zone de confort, mentalement et physiquement. Plus tôt ce mois-ci, plusieurs dizaines d’entre eux se sont aventurés en période de dégel au milieu de l’été dans la toundra d’Iqaluit, capitale du Nunavut, territoire le plus récemment constitué du Canada.

Comme toute rencontre scientifique typique, Quantum in Iqaluit (Physique quantique à Iqaluit) comportait des exposés et des périodes de questions; par contre, ce qui est beaucoup plus rare, il y avait aussi des discussions sur ce qu’il faut faire dans l’éventualité (peu probable) où un ours polaire affamé se promènerait dans la ville.

« Ce matin, j’ai eu une merveilleuse conversation avec un homme qui est né dans un igloo et a grandi en chassant et trappant, et maintenant je vais vous parler de mécanique quantique », a déclaré à ses pairs au début de son exposé Charles Clark, physicien à l’Institut national des normes et de la technologie des États-Unis. « Une telle chose n’arrive pas souvent. » [traduction]

C’était en bonne partie le but de l’opération. Cette conférence a été conçue avec l’intention de mêler recherche scientifique de pointe et traditions ancestrales, dans un contexte unique suscitant une manière différente de penser.

Le moment de la conférence était choisi pour célébrer le 15^e anniversaire de la fondation de l’Institut d’informatique quantique (IQC) de l’Université de Waterloo. La conférence a également souligné l’héritage de Raymond Laflamme, directeur fondateur de l’IQC, qui avait quitté son poste la semaine précédente.

« Une expérience comme celle-ci modifie assurément la manière dont les gens interagissent », a déclaré M. Laflamme, qui est également membre fondateur du corps professoral de l’Institut Périmètre.

« Changer le milieu dans lequel des gens interagissent, c’est le genre de chose que nous ne faisons pas toujours très bien en physique, a-t-il ajouté. Mais cela peut avoir de profondes répercussions, créer des liens et modifier notre manière de travailler ensemble. C’est une expérience qu’aucun d’entre nous n’oubliera. » [traduction]

En plus de célébrer les 15 ans de l’Institut d’informatique quantique, la conférence coïncidait, heureux hasard, avec un autre anniversaire pertinent. Elle a commencé 20 ans jour pour jour après la publication d’un article d’Alexei Kitaev, où il contribuait à établir que l’informatique quantique n’est pas seulement un concept théorique fascinant, mais une véritable possibilité du monde réel. Cet article proposait un schéma d’insensibilité aux défaillances quantiques qui permettait aux processeurs quantiques de faire face aux inévitables erreurs inhérentes à l’exploitation de phénomènes subatomiques pour effectuer des calculs.

« Cet article a montré que l’informatique quantique n’était pas un rêve, mais quelque chose de vraiment possible » [traduction], a déclaré David Poulin, chercheur affilié à l’Institut Périmètre et ancien doctorant à l’IQC.

Parmi les participants à Quantum in Iqaluit (Physique quantique à Iqaluit), il y avait des pairs d’Alexei Kitaev et des collaborateurs de longue date de Raymond Laflamme, dont Wojciech Zurek, Jeff Kimble, Harry Buhrman, Juan Pablo Paz et d’autres scientifiques qui ont fait progresser l’informatique quantique depuis plusieurs décennies.

Mis à part Raymond Laflamme, aucun des participants n’était allé au Nunavut auparavant, ce qui était précisément la raison du choix de ce lieu. « Nous sommes venus ici parce que j’ai une passion pour le Nord et la manière dont ses habitants ont fait preuve d’ingéniosité afin de résoudre, pour les générations à venir, des problèmes difficiles, a déclaré M. Laflamme. Ils persistent ici depuis si longtemps qu’ils ont d’après moi beaucoup à nous apprendre. » [traduction]

La conférence a en outre fourni aux habitants d’Iqaluit une occasion de s’instruire sur la science, grâce à l’exposition itinérante QUANTUM mise sur pied par l’IQC. Les visiteurs de l’exposition ont découvert la polarisation des particules en faisant osciller une image du célèbre chat de Schrödinger entre les états « vivant » et « mort », et ils ont propulsé des photons dans une version interactive de l’expérience quantique des doubles fentes.

Pour le lancement de la conférence, Miala Panipak, aînée d’Iqaluit, a allumé une lampe à huile traditionnelle inuite appelée qudlik. « L’allumage de la qudlik est très important pour nous, a déclaré Malaya Qaunirq Chapman en inuktitut. Nous utilisons ce rite pour le début symbolique d’événements importants. Nous sommes très heureux que vous soyez ici pour y participer avec nous. » [traduction]

Après l’allumage de la lampe, Alexia Galloway Alainga et Kristin Qaunaq, chanteuses de gorge de la localité, ont interprété des chants qui représentent traditionnellement des phénomènes naturels comme le vent et le courant d’une rivière.

Pour les chercheurs, dont les travaux visent à comprendre et à maîtriser des phénomènes naturels à l’échelle subatomique, l’exposition aux interprétations inuites de la nature a donné une nouvelle perspective sur ce qu’ils font en tant que scientifiques.

« Lorsque l’on rassemble des théoriciens et des expérimentateurs dans un milieu exceptionnel, riche d’expériences uniques, on espère contribuer à une tradition plus grande que soi », a déclaré Raffi Budakian, professeur à l’IQC et professeur associé à l’Institut Périmètre.

Pendant une chasse au trésor dans le parc territorial Sylvia-Grinnell — territoire accidenté de 45 kilomètres carrés sculpté par une glaciation survenue il y a 7 000 ans —, Kevin Resch, directeur par intérim de l’IQC, a parlé avec des collègues autant de la causalité quantique que de la beauté des montagnes enneigées à l’horizon.

« La plupart d’entre nous n’avaient jamais eu la chance de venir en un lieu aussi extraordinaire, a-t-il déclaré. Je crois que jamais un endroit ne m’a amené à autant réfléchir sur la manière dont les choses fonctionnent — comment les gens survivent, vivent et s’épanouissent. Le partage d’expériences exceptionnelles dans un lieu extraordinaire crée un sentiment de camaraderie. Les participants parleront pendant longtemps de cette réunion, non seulement pour les idées scientifiques dont nous avons discuté, mais aussi pour l’expérience que nous avons vécue. » [traduction]