De curieux petits défauts jusqu'au Nobel de physique 2016

Le Nobel de physique 2016 récompense trois chercheurs britanniques pour avoir conçu des outils devenus indispensables à l'étude de la matière condensée.  Héritiers de ces recherches, deux physiciens de l'Institut quantique soulignent l'influence des travaux primés dans leur domaine.

Directeur de l'Équipe de recherche en physique de l'informatique quantique (EPIQ), David Poulin a répondu cette semaine aux questions du magazine scientifique Les Années lumière, à la radio de Radio-Canada. "Je dirais qu'avec ces recherches, on a découvert un nouveau continent du monde quantique. La topologie est un champ tout récent que nous sommes prêt à explorer."

Sur la découverte

C'est au cours des années 1970 et 1980 que David Thouless, Duncan Haldane et Michael Kosterlitz ont conduit leurs travaux, aujourd'hui encensés "pour leurs découvertes théoriques dans le domaine des transitions de phases topologiques et de la matière topologique".

Au fil des ans les trois nobélisés ont découvert de nombreux états inhabituels dans la matière à basse température, comme les supraconducteurs. Leur approche s'attarde aux propriétés physiques globales des systèmes. La topologie peut être définie comme un outil mathématique qui décrit la façon dont les électrons et les atomes s'organisent dans la matière.  Cette branche des mathématiques a permis d'expliquer des observations -souvent perçues comme des défauts de la matière- qui ne pouvaient être justifiées à partir des connaissances de l'époque. Un véritable chantier de la physique théorique qui, en physique expérimentale, ouvre des avenues de recherche encore inimaginables il y a quelques décennies.

De la science quantique aux technologies quantiques

"Par leurs travaux motivés par la curiosité, Thouless, Haldane et Kosterlitz ont redonné de la vigueur à la physique, un domaine où on croyait avoir épuisé les sujets d'investigation", souligne Alexandre Blais, physicien et directeur de l'Institut quantique. Les recherches du professeur Blais concernent l'architecture des circuits informatiques supraconducteurs, des travaux fondateurs pour le grand chantier qui consiste à mettre au monde le tout premier ordinateur quantique. "Mes recherches en physique théorique reposent entre autres sur les réalisations de ces trois scientifiques qui, sans même le savoir, ont pavé la voie à ce qui nous occupe à l'Institut quantique : concevoir et développer des idées innovantes qui aboutiront à des technologies quantiques révolutionnaires. Comme quoi la recherche fondamentale aura toujours sa raison d'être."

"Nous sommes en train de découvrir des matériaux à l'intérieur desquels on observe bel et bien certaines transformations des propriétés physiques, sans que celles-ci ne correspondent pour autant à l'idée de transition de phase, renchérit le professeur David Poulin. Des matériaux aux propriétés topologiques extrêmement précises, très robustes, car insensibles aux petites modifications du système."

Information complémentaire

L'entrevue du physicien David Poulin aux Années lumière