Dany Lachance-Quirion soutient sa thèse de doctorat avec succès

Dany Lachance-Quirion est revenu passer la dernière semaine de février au Québec. Il avait rendez-vous avec le jury pour soutenir sa thèse de doctorat. C’est maintenant confirmé, après quatre mois de rédaction et des années de travail acharné, il est docteur en physique. « La thèse n’est pas nécessairement une rétrospective, je dois me prononcer sur ce que je trouve pertinent au moment de soutenir ma thèse. Ce qui fait que des éléments qui m’apparaissaient pertinents il y a cinq ans ont perdu de leur à-propos aujourd’hui. »

Bien plus que la science

Le processus l’ayant mené à ce diplôme ne s’est pas fait de façon rectiligne.

« Tout au long de ce doctorat, je me suis découvert des capacités d’adaptation. Il faut prendre du recul et ne pas hésiter à changer d’orientation si la situation l’exige. » Il en profite au passage pour souligner la contribution de son directeur, le P^r Michel Pioro-Ladrière qui, par ses conseils l’a beaucoup aidé à s’adapter et l’a guidé tant d’un point de vue personnel que scientifique. « Il m’a fait voir que la recherche scientifique est bien plus que science elle-même, soit l’importance de communiquer ses résultats de façon excitante, le réseautage, le financement et tout ce qui se greffe aux travaux purement scientifiques. »

Le P^r Pioro-Ladrière résume ainsi le cheminement de son étudiant : « Dany a eu le courage de sortir de sa zone de confort à plusieurs reprises durant son doctorat, et cela lui a été très profitable. Il a ainsi développé un éventail impressionnant d’habiletés professionnelles qui font déjà de lui un leader en recherche. »

Combinaison d’expertise

« Dans ma thèse j’ai abordé trois thèmes que je réunis par ce titre : Dispositifs quantiques hybrides basés sur les systèmes de spins et les circuits supraconducteurs. Au départ, ma thèse devait porter sur seulement l’un de ces thèmes, le couplage d’un spin unique à un résonateur. 

Le P^r Pioro-Ladrière, mon directeur, travaille sur des qubits à partir de spins. De son côté, le P^r Alexandre Blais travaille à élaborer des qubits supraconducteurs qui interagissent entre eux par l’entremise de résonateurs. Mon projet était de combiner les deux expertises, utiliser des spins avec des résonateurs, ce qui requiert de faire l’ingénierie d’une interaction entre les deux.  

Donc, notre proposition théorique était la suivante, utiliser un électron piégé dans un dispositif qui est couplé à un résonateur supraconducteur. Des micro-aimants rendent le couplage possible. Avec ces micro-aimants, le champ magnétique varie dans l’espace, donc lorsque l’électron bouge, le spin est affecté, ce qui crée un couplage effectif entre le spin et le résonateur. Cette proposition théorique a récemment été utilisée par deux groupes pour la réalisation expérimentale du couplage entre un spin unique et un résonateur dont les résultats sont publiés dans Nature et Science.

Étant donné qu’il s’agit d’un dispositif hybride qui exige à la fois une expertise dans les boites quantiques pour isoler les spins, et une expertise dans les résonateurs supraconducteurs, deux éléments qui ne sont pas nécessairement compatibles d’un point de vue expérimental. Ce qui a permis de mettre à contribution tout le savoir-faire de l’IQ.

Le second thème est arrivé l’été dernier de façon surprenante. Il s’agissait d’étudier l’interaction entre le spin de défauts dans le diamant et un résonateur. Dans ce cas, chaque spin se couple faiblement au résonateur. Puisqu’il y a un très grand nombre de spins dans un cristal de quelques millimètres, on obtient des interactions collectives suffisamment fortes pour donner des résultats intéressants. En ne voulant que reproduire des résultats d’expériences précédentes, nous en sommes venus à identifier quelque chose de suffisamment nouveau pour faire une déclaration d’invention dans le but d’obtenir un brevet. 

Ce projet de recherche a démarré avec la contribution de Jérôme Bourassa et David Roy-Guay de l’IQ. Il dépasse maintenant les cadres de mon doctorat et se poursuit dans le cadre d’un projet collaboratif financé par l’INTRIQ. Malgré son caractère imprévu, le thème reste le même, un dispositif hybride qui associe un système de spin et un circuit supraconducteur pour en faire quelque chose de nouveau.

Le potentiel peut être très grand, nous pourrions ajouter des fonctionnalités à une technique qui date d’il y a près de 75 ans, soit la résonance de spin électronique (ESR).

La troisième partie de ma thèse porte sur des travaux que j’ai effectués lors d’un stage au Japon en 2015.

Il s’agit d’utiliser un qubit supraconducteur pour sonder les excitations dans un ferro-aimant. La physique des ondes de spin dans les ferro-aimants n’est pas nouvelle, mais nous avons été les premiers à observer expérimentalement les quanta de ces excitations de spins.

En juin, j’irai d’ailleurs à Saint-Pétersbourg comme conférencier invité pour discuter du sujet dans le cadre de la conférence Spin Waves 2018.

Le but final des technologies quantiques n’est pas seulement de fabriquer un ordinateur quantique. En tentant d’y accéder, il y a plein de découvertes sur le chemin qui y mène qui valent la peine d’être mises en valeur. Le parcours ayant mené à mon doctorat est un peu du même ordre, ce qui au départ était un seul projet s’est transformé au fil du temps en trois projets. J’ai dû m’adapter et j’en tire des enseignements qui me seront professionnellement utiles. »

Que faire après le doctorat

« Dans les derniers mois ce qui est devenu une évidence, c’est mon intérêt à faire carrière à l’IQ. J’apprécie le travail des gens qui ont démarré le projet. Je reconnais tout le travail qui a été fait et j’aimerais pouvoir revenir y travailler. J’aimerais trouver un moyen de rester engagé dans les activités scientifiques de l’IQ. C’est un environnement de travail tout à fait stimulant »

Ce que Dany a réussi à faire durant son doctorat, il estime qu’il aurait pour lui été impossible de le réaliser dans un environnement plus cloisonné. La complémentarité des expertises et la proximité des chercheurs contribuent, selon lui, à diminuer le niveau de formalité nécessaire pour pouvoir communiquer.

Une diversité et des sujets qui se recoupent, quand l’IQ se présente comme un milieu collaboratif à l’interface de l’informatique quantique, des matériaux quantiques et de l’ingénierie quantique, ce n’est pas qu’une image, ça se vit au quotidien.

« Tous ces éléments confirment mon intérêt à revenir, si possible, dans un environnement comme celui-là. »