Le goût de l’informatique quantique

Pour plusieurs, l’engouement généré par l’informatique quantique est chose récente mais la passion pour ce domaine ne date pas d’hier pour Dave Touchette. Depuis plus de 10 ans, il poursuit ses recherches en information et communication quantique.

Quand on lui demande ce qui le fascine dans son domaine en pleine émergence, le P^r Touchette répond d’emblée : « C’est un domaine qui est encore jeune. Il y a plein de questions à étudier, des nouveaux sous-domaines qui émergent. C’est excitant d’être à la frontière de la recherche. S’attaquer à des problèmes qu’on n’a pas vraiment espoir de résoudre sur des ordinateurs classiques, ça ouvre un potentiel pour des problèmes qu’on pensait hors de notre portée. »

 Originaire de Saint-Jean Baptiste en Montérégie, le retour au Québec s’est fait de manière naturelle pour le P^r Touchette après avoir complété son postdoctorat à l’Université de Waterloo. En août 2019, il est devenu le premier professeur du Département d’informatique à se joindre à l’IQ.

De fil en aiguille

Dave Touchette a eu la piqûre de l’informatique quantique lors de son baccalauréat à l’Université Mcgill. A l’époque, il était en projet de fin d’études: « J’ai beaucoup appris en théorie de l’information à ce moment-là. Je savais que globalement c’était en informatique quantique que je voulais poursuivre mais je ne savais pas exactement quel aspect. »

C’est à l’Université de Montréal au doctorat sous la supervision des professeurs Gilles Brassard et Alain Tapp qu’il a développé son expertise à l’intersection de la théorie de l’information, de la communication et du calcul quantique: « La théorie de l’information est souvent très utile pour faire de la communication sur un canal qui a beaucoup de bruit ou si on veut faire de la compression de données. Si on fait du processing quantique, est-ce que ça vient nous aider? C’est là-dessus que je me suis concentré durant mon doctorat ce qui m’a ouvert une multitude d’avenues de recherches potentielles. »

L’opportunité d’aller faire un postdoctorat à l’Université de Waterloo avec le P^r Ashwin Nayak et la P^re Debbie Leung, deux sommités en info quantique, s’est ensuite présentée en 2015. « J’étais très intéressé à travailler [avec eux] sur les questions à savoir ce qui se produit lorsqu’il y a du bruit au niveau de la communication pour les protocoles interactifs où les techniques habituelles de correction d’erreurs ne s’appliquent pas. » La correction d’erreur est un élément essentiel afin de réduire les perturbations environnementales souvent appelées bruit qui peuvent influencer la stabilité de l’état d’un système informatique quantique.

Ces questions touchent également aux domaines connexes de la cryptographie quantique et de la sécurité des communications en ligne. « La factorisation c’est vraiment un problème classique – la difficulté de factoriser c’est la base des protocoles les plus utilisés pour sécuriser la communication sur l’internet. Si on avait un internet quantique, on pourrait s’en servir pour faire de la distribution de clés et ainsi, avoir des communications de façon dite parfaitement sécuritaires. »

C’est notamment sous la supervision du théoricien en optique quantique, Norbert Lütkenhaus, que Dave Touchette s’est intéressé à la distribution de clés quantiques et ce qui se faisait en laboratoire. « On a essayé de pousser pour voir comment est-ce que les outils que j’avais développés pouvaient s’appliquer dans le cadre [framework] qui l’intéressait. Ça a développé un nouvel axe dans ce domaine. » Ensemble, ils ont développé des protocoles utilisant des éléments d’optique quantique qui permettent de faire du calcul distribué entre plusieurs nœuds tout en révélant moins d’information que les meilleurs protocoles classiques.

Contribuer à la relève au Québec

Lorsqu’il a terminé son postdoctorat, il savait qu’il voulait rester en Amérique du Nord et revenir au Québec. « Le dynamisme et l’excellence de la recherche de l’IQ m’attiraient. Maintenant que je suis ici, j’aimerais collaborer à l’interface des questions en informatique quantique et comment on peut traduire ça côté hardware sur des architectures qui sont développées ici à l’IQ. »

Il ne cache pas son intérêt de contribuer à la relève dans son domaine comme source de motivation. Avec les besoins grandissants d’une économie quantique émergente, le P^r Touchette croit à l’importance d’attirer de nouveaux talents, notamment au baccalauréat, à s’intéresser davantage à l’informatique quantique: « Il va y avoir un besoin pour des gens formés en quantique sans que ce soit au niveau de la recherche de pointe. On veut et on doit continuer à former d’excellents futurs chercheurs dans le domaine mais également former une main-d’œuvre plus axée sur les besoins de l’industrie, qui pourrait être en mesure d’entrer rapidement sur le marché. C’est super excitant d’être au milieu de tout cela pendant que ça se développe. »

Il y a fort à parier que la passion et l’expertise du P^r Touchette vont continuer à repousser les limites et contribuer au développement de son domaine en pleine effervescence.