Faire la lumière sur le futur

Claude Lafleur Collaboration spéciale
Dans le Laboratoire de sources femtosecondes, les chercheurs peuvent utiliser plusieurs sources lasers pour sonder la dynamique de la matière vivante et inerte.
Photo: INRS Dans le Laboratoire de sources femtosecondes, les chercheurs peuvent utiliser plusieurs sources lasers pour sonder la dynamique de la matière vivante et inerte.

Ce texte fait partie d'un cahier spécial.

Le Québec possède des outils de recherche uniques au monde, et des chercheurs qui mènent des travaux de classe mondiale et qui pourraient bien un jour transformer notre quotidien.

Le Québec possède un centre de recherche peu connu du grand public, mais qui se consacre à faire des percées scientifiques qui pourraient bien s’avérer « révolutionnaires ». Il s’agit de l’INRS-EMT, le centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’Institut national de la recherche scientifique, situé à Varennes et au centre-ville de Montréal.

« Souvent, nous allons dans des colloques internationaux où nous rencontrons des chercheurs qui nous disent : “Vous, vous avez l’outil qu’il me faut pour élucider mon problème ! Est-ce que ça vous dirait qu’on travaille ensemble ?” Et c’est ainsi que s’établit une collaboration avec un chercheur de l’étranger », raconte François Légaré, responsable du Laboratoire de sources femtosecondes.

« Moi, mon expertise, c’est le développement de lasers et j’adore ça, poursuit-il. Nous disposons ici de trois lasers femtosecondes… comme on n’en trouve nulle part ailleurs dans le monde. »

L’INRS-EMT recrute en outre des chercheurs de très haut calibre afin de mener des travaux de recherche fondamentale ultra-avancés, tel Roberto Morandotti, expert d’origine italienne en optique non linéaire et en nanofabrication de structures pour la photonique. Celui-ci se consacre actuellement au développement d’ordinateurs quantiques qui, comme cette appellation le laisse entendre, permettront un jour de faire faire un « saut quantique » à l’informatique de tous les jours. Mais on est loin de la coupe aux lèvres, prévient-il.

Observer l’infiniment rapide

Le Laboratoire de sources femtosecondes dont est responsable François Légaré s’est spécialisé dans l’observation des phénomènes moléculaires, atomiques et de particules. À ce niveau-là, tout se passe si rapidement que, pour parvenir à observer ce qui s’y passe, il faut des « appareils photo » d’une rapidité inimaginable… de l’ordre de la femtoseconde. Or, une femtoseconde — un millionième de milliardième de seconde — est à la seconde ce que la seconde est à l’âge de l’Univers !

Pour comprendre ce dont on parle, imaginez-vous devoir photographier une Formule 1 filant à vive allure. Le temps d’exposition de votre appareil photo devra être très bref si vous ne voulez pas que la voiture paraisse floue sur la photo. Et bien sûr, à l’échelle des atomes, tout se passant des milliards de fois plus rapidement, on utilise des flashs lumineux émis par des lasers, explique le professeur Légaré.

« Nous utilisons des lasers femtosecondes, dit-il, donc des appareils qui peuvent émettre des milliers de flashs par seconde. Nous avons ainsi des lasers qui vont émettre 5000 flashs par seconde, mais également un autre qui n’émet que 2,5 flashs à la seconde. » Certains lasers servent pour l’étude des phénomènes relativistes — par exemple l’optique relativiste ou l’accélération de particules — alors que d’autres permettent de faire de la spectroscopie.

Ce laboratoire a été créé en 2002 dans le but de servir à une foule d’utilisateurs de toutes sortes. « Ça va de la dynamique moléculaire — comment, à l’intérieur des molécules, les liaisons atomiques se brisent et se forment —, jusqu’à l’imagerie des plantes, explique M. Légaré. Dans ce cas, il s’agit d’étudier le développement des plantes. »

« Nous avons des utilisateurs super variés », poursuit-il. Ainsi, M. Légaré collabore actuellement avec des chercheurs européens pour examiner le processus de magnétisation dans des alliages magnétiques. « J’ai aussi un utilisateur japonais avec qui j’étudie les dynamiques dans les molécules. » D’autres s’intéressent à la caractérisation de processus rapides dans des couches minces de matériaux de nouvelle génération.

« Notre laboratoire est unique au monde en matière d’infrastructure laser, dit-il. Et c’est une infrastructure ouverte à tous les utilisateurs d’ici comme d’ailleurs, chercheurs comme industriels… »

Les ordinateurs de 2050

Si l’INRS-EMT mène une foule de travaux pratiques, servant aussi bien à l’industrie qu’à une variété de recherches appliquées, il réalise aussi un spectre de recherches fondamentales touchant l’énergie, les matériaux et les télécommunications. Comme l’explique François Légaré, « nous sommes un centre de recherche thématique, plutôt qu’un département universitaire. Par conséquent, nous sommes très multidisciplinaires, c’est-à-dire que dans un centre comme EMT, il y a des gens en génie électrique, en physique, en chimie ainsi qu’en beaucoup d’autres horizons scientifiques, tandis que dans un département de chimie… il n’y a que des chimistes ! »

De la sorte, Roberto Morandotti effectue des travaux de recherche fondamentale sur les ordinateurs quantiques. « Nous savons que la technologie sur laquelle reposent les ordinateurs actuels est sur le point d’arriver à ses limites », dit-il. En effet, les experts estiment qu’on ne pourra bientôt plus augmenter la vitesse de calcul des puces informatiques. La solution consiste donc à utiliser non plus des impulsions électriques mais des impulsions lumineuses et à faire ainsi appel à la physique quantique.

Déjà, rapporte M. Morandotti, de tels ordinateurs existent, mais ils sont très gros et coûtent très cher, un peu comme les ordinateurs des années 1950. Il s’applique donc à trouver des façons de faire qui permettront de concevoir des ordinateurs quantiques à prix abordable et qui seraient des milliers de fois plus puissants que nos ordinateurs actuels.

Si donc on s’imagine que, en matière d’informatique quantique, nous sommes actuellement au stade où nous étions dans les années 1950 en matière d’informatique classique, imaginez ce que pourrait être le monde dans vingt, trente ou cinquante ans ! C’est dans cette perspective que travaille justement Roberto Morandotti.