École de pointe Méthodes numériques pour matériaux quantiques

Apprendre de nouveaux algorithmes à l’ère quantique

Les professeurs, étudiantes et étudians à l'École de pointe sur les méthodes numériques pour matériaux quantiques.
Les professeurs, étudiantes et étudians à l'École de pointe sur les méthodes numériques pour matériaux quantiques.
Photo : Fournie par le Département de physique

C’est dans le cadre enchanteur du Centre de villégiature Jouvence, en Estrie, que sont réunis des physiciens venus d’aussi loin que l’Australie, l’Afrique du Sud et la Corée du Sud pour une école de pointe organisée par le Département de physique se déroulant du 31 mai au 10 juin.

Plus de 70 étudiantes et étudiants à la maîtrise et au doctorat et chercheurs postdoctoraux profitent de cette occasion  pour étudier, discuter et mettre en pratique des méthodes numériques de pointe employées pour l’étude des propriétés des matériaux quantiques.

L’avantage d’une telle école

Selon le professeur André-Marie Tremblay, organisateur principal de cette École de pointe, le développement des matériaux quantiques est en plein essor. Toutefois, l’apport du calcul numérique dans l’étude de ces matériaux n’est pas aussi connu qu’il devrait l’être, même auprès des chercheurs en physique.

« Les augmentations de la vitesse de calcul dues  aux améliorations des algorithmes sont plus importantes que les augmentations de vitesse dues à l’augmentation de la capacité de calcul des ordinateurs, commente André-Marie Tremblay.  Autrement dit, la matière grise a permis d’accélérer encore plus le calcul que le seul aspect matériel des ordinateurs. Les algorithmes d’aujourd’hui exécutés sur des ordinateurs d’il y a vingt ans sont plus rapides que les algorithmes d’il y a vingt ans exécutés sur des ordinateurs d’aujourd’hui. » De là l’intérêt d’une telle école à rassembler les chercheurs qui ont créé des méthodes de calcul novatrices et à permettre aux étudiants d’apprendre ces nouveaux algorithmes directement auprès de leurs concepteurs, une quinzaine de professeurs venus d’Europe et des États-Unis.

Les matériaux quantiques
Les matériaux quantiques sont des matériaux dont les propriétés sont dominées par des effets quantiques non triviaux. Les électrons dans ces matériaux ne sont bien décrits ni par des ondes, ni par des particules et lorsque la description ondulatoire s’applique, l’espace dans lequel ces électrons se déplacent est courbé à cause d’effets quantiques. Les matériaux quantiques peuvent démontrer des propriétés spectaculaires, comme de la supraconductivité à haute température,  des effets magnétocaloriques géants, des pouvoirs thermoélectriques énormes, etc. Leurs applications présentes et futures sont diverses et nombreuses, allant du transport de l’électricité (supraconducteurs), à l’informatique quantique, les nanotechnologies, la réfrigération, l’électronique…

« L’aspect pédagogique de l’école est très important, ajoute Pr Tremblay. À ma connaissance, c’est une des écoles de pointe ayant le plus de travaux pratiques ainsi qu’une préoccupation marquée pour la pédagogie. Les étudiants suivent des cours, doivent réaliser des travaux pratiques et ont des devoirs à remettre. Il y a également une séance de présentation d’affiches scientifiques pendant l’École. Les professeurs sont investis, sur place, et les étudiants peuvent discuter avec eux tout au long de l’École ».

Les participants profitent donc de cet environnement de proximité. Les repas se prennent ensemble, les étudiants peuvent discuter entre eux, rencontrer les professeurs et créer des liens. Selon les organisateurs, c’est une excellente façon pour les participants de développer un réseau à l’extérieur de leur propre université, avec leurs pairs et avec des gens séniors. De leur côté, les professeurs bénéficient de ce réseau de contacts, ayant la possibilité de discuter en personne avec leurs collaborateurs.

Pour les besoins de l’école, une infrastructure informatique impressionnante a été montée, soit une grappe de calcul de 8 serveurs avec un total de 192 cœurs installés à Jouvence même. Un réseau filaire supporte certaines applications demandant une bande passante impossible à combler avec un réseau sans fil. Le centre de villégiature Jouvence a par ailleurs accepté d’ajouter 12 kW d’alimentation électrique supplémentaire pour pouvoir amener toute cette puissance de calcul.

Les personnes inscrites aux cours qui réussiront l’examen au terme de ces 10 jours intensifs seront créditées d’un cours doctoral de 3 crédits par l’Université de Sherbrooke.

Pour l’organisation de cette école, le professeur Tremblay a été secondé par les professeurs Michel Côté (UdeM), Gabriel Kotliar (Rutgers), Roger Melko (Waterloo) et David Sénéchal  (UdeS) et par Mme Dominique Parisé et M. Michel Barrette.

L’Institut quantique de l’Université de Sherbrooke, récemment créé grâce au programme Apogée Canada, est le principal bailleur de fonds de l’école. Les autres commanditaires sont : Calcul Québec, Calcul Canada et le Pacific Institute of Theoretical Physics.