Stefania Sciara
Je suis très reconnaissante que mes travaux de recherche aient été tant appréciés et reconnus par un comité qui ne connaît peut-être pas mon sujet. Cela montre que mes travaux de doctorat peuvent être d’un grand intérêt et reconnus par une communauté scientifique plus large dont l’expertise n’est pas strictement limitée à l’optique quantique.
Stefania Sciara
Ph. D. Énergie et sciences des matériaux, 2020
Centre Énergie Matériaux Télécommunications | Directeur : Roberto Morandotti
Qu’est-ce qui vous a amenée à l’INRS? Que retenez-vous de votre expérience?
Lorsque j’ai rejoint le groupe du Pr Morandotti à l’INRS en 2016, l’équipe recherchait un.e doctorant.e avec une expertise théorique en optique quantique. J’ai postulé et ai obtenu le poste. Dès le début, j’étais enthousiaste à l’idée de poursuivre mes études doctorales dans un institut de recherche aussi unique que l’INRS, classé premier en intensité de recherche, tant au Québec qu’au Canada. Ce qui m’a également amenée à l’INRS a été l’opportunité unique de faire des recherches en optique quantique dans un institut renommé avec l’équipe du professeur Morandotti, de manière à combiner mon expertise théorique, mes études et les compétences expérimentales de l’équipe. La possibilité de percer l’optique quantique théorique à l’INRS m’a également amenée ici, car j’y ai vu un énorme potentiel et des retombées à la fois pour moi et pour l’institut en termes d’avancement en recherche quantique.
Après quatre ans de doctorat, je suis extrêmement reconnaissante d’avoir eu l’opportunité d’étudier dans un institut aussi unique que l’INRS, non seulement en raison de son niveau de recherche, mais aussi grâce à l’expérience incomparable que j’ai eue. J’y ai notamment rencontré des sommités lors de conférences et de séminaires, participé à de nombreuses activités enrichissantes et collaboré, en personne et à distance, avec d’excellents physiciens et scientifiques. Mon expérience à l’INRS a largement contribué à mes compétences scientifiques et culturelles, mais aussi à ma vie personnelle. C’est ce que je retiens de l’INRS.
Pouvez-vous décrire l’enjeu et l’impact de la recherche présentée dans votre thèse?
Mes recherches doctorales se sont concentrées sur l’investigation théorique des états quantiques complexes intriqués de la lumière (photons), qui présentent un nombre élevé d’unités physiques ou de dimensionnalité.
La motivation derrière mes recherches est le rôle crucial que jouent la mécanique quantique et l’intrication des particules à la fois pour une meilleure compréhension de la physique fondamentale (permettant une description complète des systèmes microscopiques et de leurs interactions) et pour la science appliquée (comme nous permettant potentiellement de résoudre des problèmes. associés aux technologies actuellement disponibles). Par exemple, la mécanique quantique et l’intrication peuvent permettre le calcul et un traitement de l’information plus rapides et plus puissants, ainsi que garantir des communications sécurisées incassables et une détection et une imagerie avancées. Ces tâches requièrent l’utilisation d’états intriqués complexes. Pour cette raison, beaucoup d’efforts ont été consacrés à la réalisation expérimentale de ces états au cours des dernières décennies. Cependant, on n’a pas encore réussi à réaliser des états complexes dans des plateformes pratiques, évolutives et à faible coût, comme l’exige la technologie moderne.
De plus, une pleine exploitation de l’intrication des particules pour la science appliquée nécessite une compréhension approfondie de ce phénomène, ainsi qu’une caractérisation complète des états complexes enchevêtrés, qui demeure toujours une question ouverte dans la communauté scientifique.
Ce contexte a défini les questions et les défis à aborder dans le cadre de mes recherches. En tirant parti des expériences sur l’optique quantique fondamentale effectuées par mon équipe de recherche grâce à l’utilisation de dispositifs intégrés et à base de fibres optiques, j’ai concentré mes études sur l’investigation et la caractérisation théoriques, mais orientées expérimentalement, de l’intrication d’états photoniques complexes.
Au cœur de ma thèse de doctorat intitulée « Enquête, réalisation et caractérisation de l’intrication d’états quantiques optiques complexes » se trouve le développement théorique des opérateurs quantiques (en particulier, des témoins d’intrication dits « expérimentalement conviviaux ») permettant la détection et la caractérisation de l’intrication de tout état quantique arbitrairement complexe au moyen de mesures qui peuvent être facilement déployées et reproduites dans la pratique. Ces opérateurs témoins ont l’avantage d’offrir un bon compromis entre la complexité du réglage de mesure nécessaire à leur détection et leur tolérance au bruit blanc. Je me suis spécifiquement concentrée sur le bruit blanc, car c’est l’un des bruits les plus courants dans les scénarios pratiques, étant généralement induit, notamment, par des pertes et des imprécisions de mesure qui ne peuvent être évitées en laboratoire.
De plus, étant consciente de ces problèmes, j’ai dérivé une approche pour personnaliser les opérateurs témoins vers des scénarios pratiques réalistes, tels que des restrictions expérimentales et des paramètres de mesure disponibles. Bien que j’aie fourni des témoins personnalisés spécifiques reposant sur les composants optiques (à base de fibres) disponibles dans mon laboratoire pour la manipulation de l’état des photons, l’approche que j’ai développée peut être appliquée à n’importe quel état quantique et restriction expérimentale.
Je pense que mes recherches doctorales apportent une contribution significative à l’optique quantique théorique, orientée expérimentalement. Elles apportent en effet une nouvelle application pour la mesure d’états photoniques complexes, en démontrant la faisabilité de la caractérisation de ces systèmes. Ce résultat est d’un grand intérêt et d’une grande importance, tant pour la communauté scientifique (en particulier pour l’optique quantique) que pour les applications de la technologie quantique. En particulier, la mise en œuvre de techniques réalisables pour la mesure d’états quantiques complexes a toujours été une étape cruciale, quoique très difficile, à atteindre et demeure une question ouverte depuis des décennies. En outre, les résultats présentés dans ma thèse peuvent contribuer à stimuler l’utilisation de la photonique quantique pour des technologies d’avant-garde accessibles, dont l’adoption dépend avant tout de leur praticabilité et de leur faisabilité.
Que signifie ce prix pour vous?
Recevoir un prix aussi prestigieux signifie vraiment beaucoup pour moi. Je suis très reconnaissante que mes travaux de recherche aient été tant appréciés et reconnus par un comité qui ne connaît peut-être pas mon sujet. Cela montre que mes travaux de doctorat peuvent être d’un grand intérêt et reconnus par une communauté scientifique plus large dont l’expertise n’est pas strictement limitée à l’optique quantique. Je suis consciente que mon sujet de recherche peut être complexe à comprendre, car il traite de concepts abstraits, tels que la mécanique quantique, l’intrication, les états de photons complexes et les opérateurs quantiques. Pour cette raison, j’ai structuré ma thèse de manière à fournir au lecteur une introduction complète à ces concepts, en les accompagnant constamment avec la même motivation qui m’a guidée dans mes recherches. Remporter ce prix signifie que j’ai réussi à transmettre le message que le contenu et les résultats de ma thèse peuvent être pertinents non seulement pour une meilleure compréhension de la physique fondamentale et de l’optique quantique, mais aussi pour leurs applications dans des technologies de masse abordables.
Quel est le prochain chapitre pour vous maintenant que vous êtes diplômée?
Après mon diplôme, j’ai poursuivi mes recherches à l’INRS en tant que stagiaire postdoctorale avec le Pr Morandotti. Alors que j’ai principalement axé mes études de doctorat sur l’optique quantique théorique fondamentale, orientée expérimentalement, je vise maintenant à appliquer ces résultats à des applications pratiques, dans le but de sortir l’optique quantique et la photonique du laboratoire, par exemple, pour les communications quantiques sécurisées, la téléportation d’état quantique et l’informatique quantique. Mon principal objectif est de contribuer à rendre les technologies quantiques basées sur les photons, qui peuvent sembler inaccessibles et inatteignables, à la portée d’un vaste public. De la même manière, en fait, que nous pouvons tous posséder et utiliser des tablettes, des ordinateurs personnels, des téléphones intelligents et autres appareils similaires. Je crois vraiment que la photonique quantique est la clé de voûte de la technologie de nouvelle génération et je souhaite que mes recherches contribuent à une avancée aussi importante.