Créer les TICs de nouvelle génération!

Depuis 50 ans, le nombre de transistors dans le cœur des ordinateurs double tous les deux ans, provoquant ainsi une formidable explosion de leur puissance de calcul. Cette croissance s'arrêtera cependant lorsque la dimension des transistors approchera celle de l’atome. À cette échelle, les lois de la nature changent: les comportements classiques de l'électronique usuelle sont remplacés par ceux radicalement différents décrits par la mécanique quantique.

Le but du projet NIQUIST est de comprendre et maitriser les lois quantiques à des échelles nanométriques selon trois perspectives: le transport électronique (la manière dont la matière conduit l’électricité), les mouvements à l’échelle nanométrique (l’étude des vibrations dans les systèmes extrêmement petits) et l’optique quantique (l’étude des interactions quantiques lumière-matière). Ces trois axes, pour lesquels l’expertise des chercheurs du projet est internationalement reconnue, figurent parmi les grandes orientations de recherche en physique quantique de la matière condensée dans le monde. « Nous sommes convaincus que maîtriser la physique à l’échelle du nanomètre va amener à de grandes découvertes,  déclare le professeur Michel Pioro-Ladrière. Pour exemple, voici une liste non - exhaustive de phénomènes fondamentaux passionnants et à la limite des technologies actuelles qui seront étudiés par NIQUIST »:

• Émission de radiation quantique large-bande par des fils métalliques nanométriques;
• Oscillations cohérentes de jonctions Josephson dans des nanostructures d’oxydes supraconducteurs;
• Effet Hall quantique fractionnaire dans le graphène;
• Liquide de Tomonaga-Luttinger par l’étude de transport balistique de fils quantiques;
• Contrôle de spins individuels dans des boîtes quantiques de silicium;
• Transport d’électrons individuels à la température ambiante pour des architectures de microélectroniques compatible CMOS
• Interactions quantiques cohérentes entre photons optiques, phonons et circuits quantiques;
• Centres colorés NV du diamant.

Les nouveaux équipements acquis grâce au projet NIQUIST et installés à l’Université de Sherbrooke offriront des moyens de nano fabrication et d'investigation ayant une résolution spatiale sans précédent, des matériaux innovants de haute qualité ainsi que des appareils de mesure des propriétés électriques, optiques et mécaniques à la fine pointe de la technologie. « Ils complémenteront l’infrastructure déjà exceptionnelle des laboratoires des professeurs Reulet, Fournier et Pioro-Ladrière, en plus d’exploiter pleinement les infrastructures communes offertes par l’Infrastructure des Matériaux et Dispositifs Quantiques (IMDQ) et l’Institut Interdisciplinaire d’Innovation Technologique (3IT), ajoute Christian Sarra-Bournet, coordonnateur scientifique du projet. Nous offrirons une infrastructure unique, avec une capacité d’accueil de projets collaboratifs, pour explorer le monde quantique et ainsi découvrir et exploiter les propriétés quantiques de la matière. Notre objectif est de passer de la science aux technologies quantiques ».

Plus précisément, le parc d’équipements existant sera bonifié dans les volets suivants :

Nanofabrication

• Un système de lithographie ionique multifaisceaux (MBL), le premier totalement dédié à la nanolithographie au Canada, permettant la fabrication de nanodispositifs avec une résolution très élevée (~nm). Ce système sera parfaitement adapté pour l’ensemble des matériaux avec lesquels les chercheurs de l’UdeS travaillent : silicium, graphène, diamant, supraconducteurs à haut Tc, hétérostructures, etc.
• Un système de dépôt de couches atomiques (ALD) et un système de dépôt par pulvérisation laser (PLD) permettant la fabrication de dispositifs de couches extrêmement minces de la plus grande qualité.

Mesures physiques

• Deux réfrigérateurs à dilution « cryo-free [MM1] », capables de refroidir les dispositifs à des températures extrêmement basses (jusqu’à 0.01K), donnant accès à un régime d’étude où les effets quantiques dominent. Ces systèmes comporteront des équipements de mesures électroniques et optiques ultrasensibles permettant de sonder les propriétés quantiques des nanodispositifs fabriqués. De plus, l’un de ces réfrigérateurs sera totalement dédié aux travaux collaboratifs et sera disponible à la communauté scientifique.

Le Québec, depuis les années 80, est un acteur important en information quantique, avec notamment le premier protocole de cryptographie quantique inventé par le professeur Gilles Brassard, membre fondateur de l'Institut Transdisciplinaire de l'Information Quantique (INTRIQ). L’INTRIQ, regroupement financé par le gouvernement du Québec, est reconnu comme un des groupes ou instituts de recherche majeurs dans ce domaine. « Cette nouvelle initiative de recherche regroupe plusieurs de nos physiciens et ingénieurs chevronnés ainsi que des jeunes chercheurs extrêmement prometteurs », indique le professeur Bertrand Reulet, actuel directeur de l’INTRIQ. « Cette synergie engendrera de nouvelles filières avec des liens forts à travers une chaîne associant des intervenants du milieu académique, des centres de recherche conjoints université/industrie et du secteur industriel », d’ajouter Marc Leclair, coordonnateur de l’INTRIQ.

« NIQUIST s'inscrit pleinement dans une nouvelle dynamique globale menant à une seconde révolution que tous les pays industrialisés suivent de près. Ces technologies ont le potentiel de complètement redéfinir l'industrie des TIC qui représente $67 milliards du PIB (Statistique Industrie Canada 2011) », d’ajouter le professeur David Sénéchal, directeur du département de physique.

Personnes à contacter pour plus d’information :

• Le projet NIQUIST : Bertrand.Reulet@USherbrooke.ca
• Les infrastructures de recherche : Michel.Pioro-Ladriere@USherbrooke.ca
• Les programmes d’études supérieures : Patrick.Fournier@USherbrooke.ca