L’indispensable lien entre la physique théorique et expérimentale

Samuel Boutin a soutenu sa thèse de doctorat avec succès ce vendredi 24 mai 2019. Toutes nos félicitations!

Originaire de Sherbrooke, Samuel est actif depuis longtemps dans la communauté musicale de la région. Clarinettiste dans l’Ensemble à Vents de Magog depuis plusieurs années, il souhaite également contribuer à l’émergence de nouveaux talents en siégeant au conseil d’administration de l’ensemble musical les Stentors.

À l’Institut quantique, Samuel a participé au comité étudiant d’embauche de nouveaux professeurs, il a aussi participé activement à de nombreux colloques (Laboratoire International Associé, Canadian Graduate Quantum Conference).

Découvrir le monde de la physique quantique théorique

En débutant son baccalauréat en physique son objectif était de travailler dans le domaine de la physique médicale. Un stage avec le P^r Alexandre Blais lui a toutefois fait découvrir le monde de la physique quantique théorique. Ce nouvel intérêt l’a ensuite mené à faire une maîtrise dans le même groupe. “Mon stage dans le groupe d’Alexandre m’a accroché. Faire une maîtrise dans son groupe était la continuité logique. Pour le doctorat, je trouvais important de changer ma perspective. Je cherchais un projet à l’interface entre les deux grands domaines de recherche du Département de physique de l’Université de Sherbrooke : l’information quantique et la matière condensée. Les recherches du P^r Ion Garate sur les matériaux topologiques et son intérêt pour la recherche à l’interface de différents domaines m’ont attiré. Je n’aurais pu trouver un meilleur environnement de recherche que l’Institut quantique.”

Pour Samuel, les liens entre physique théorique et expérimentale sont essentiels. “Il est important que mes projets aient un lien avec la physique expérimentale. Souvent, les théories développées servent à expliquer des mesures incomprises ou bien à en proposer de nouvelles. Dans le cas de mon projet de doctorat, j’ai, entre autres, eu la chance de collaborer avec deux étudiants du groupe de Michel Pioro-Ladrière.” Il a su prendre l’opportunité qui s’offrait à lui à travers l’appel à projets de l’Institut Quantique, et ce à deux reprises en tant que co-directeur de projet avec Julien Camirand Lemyre. “Le fait que les étudiants peuvent soumettre un projet est remarquable. Mon projet de doctorat aurait été complètement différent sans cette possibilité. Cela m’a permis de travailler en équipe avec Sara Turcotte et Julien Camirand Lemyre, qui ont une expérience en physique différente de la mienne, afin de les aider à planifier la création d’un échantillon permettant d’observer des modes de Majorana. Ces modes pourraient potentiellement être utilisés pour protéger l’information lors d’un calcul quantique grâce à leurs propriétés topologiques hors du commun. Notre projet se concentrait sur le développement d’approches originales permettant l’ingénierie de modes de Majorana. Nous avons écrit deux articles scientifiques en collaboration sur ce sujet.”

Son expérience à la maîtrise lui a d’ailleurs grandement servi durant son doctorat, montrant l’utilité que peut avoir une perspective nouvelle sur un sujet. “Habituellement, les modes de Majorana apparaissent dans des matériaux ayant un fort couplage spin-orbite. Une proposition alternative est d’utiliser une texture de champ magnétique générée par des micro-aimants. Par contre, avec cette approche, différentes contraintes expérimentales rendent difficile l’atteinte de la phase topologique nécessaire à l’apparition des majoranas. Un volet de ma thèse a donc été de développer un nouvel outil numérique, inspiré de mes travaux précédents sur l’ingénierie d’impulsions dans le groupe d’Alexandre Blais. Cette nouvelle méthode permet d’optimiser la position des aimants et de créer la texture magnétique entraînant les modes de Majorana les plus robustes possibles. Plus spécifiquement, nous avons montré avec cet algorithme d’optimisation que les inhomogénéités peuvent augmenter la robustesse des modes, contrairement à la croyance générale.”

Son directeur de thèse, le Pr Ion Garate commente ainsi les travaux de Samuel : “Dans sa thèse, Samuel a fait des contributions scientifiques remarquables à l’interface entre les matériaux quantiques et l’informatique quantique. Ces contributions ont été possibles en partie grâce aux interactions scientifiques fructueuses avec les équipes d’Alexandre Blais et de Michel Pioro-Ladrière. En particulier, l’algorithme de Samuel pour l’optimisation des dispositifs de Majorana est un bel exemple de la confluence d’idées entre ces deux domaines.”

En route vers la Californie

La prochaine étape pour Samuel est un stage postdoctoral dans le groupe Station Q de Microsoft Research sur le campus de l’Université de Santa Barbara en Californie. La température plus clémente et le soleil ne sont toutefois pas les seules raisons pour son départ vers l’autre bout du continent. “Il s’agit d’un des groupes théorique à l’avant-plan du développement de l’informatique quantique topologique. De plus, plusieurs chercheurs sont encore associés à l’université, même s’ils travaillent directement pour Microsoft. Travailler dans ce groupe me permettra de voir les deux côtés de la médaille; je continuerai à faire de la recherche académique, mais dans un contexte industriel. Ils collaborent d’ailleurs avec plusieurs groupes en physique expérimentale, autre point fort de leur groupe.”

À long terme, Samuel aimerait bien revenir à Sherbrooke si l’opportunité se présente. Nous espérons aussi le revoir par ici et lui souhaitons la meilleure des chances dans sa future carrière!