Évaluation de l’Institut Périmètre de physique théorique et de l’Institut d’informatique quantique

Mars 2021

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© Sa Majesté la Reine du Chef du Canada, représentée par le ministre de l'Industrie, 2021.

No de cat. Iu4-404/2021F-PDF
ISBN 978-0-660-38983-7

Also available in English under the title Evaluations of ISED Funding to the Perimeter Institute for Theoretical Physics and the Institute for Quantum  Computing.

Contexte

Principales définitions

Physique théorique :
explore les propriétés de l'atome et étudie les lois physiques fondamentales qui régissent l'univers, afin d'élaborer de nouvelles idées sur la nature même de l'espace, du temps, de la matière et de l'informationNote de bas de page 1.
Science de l'information quantique :
maîtrise et exploite les lois de la mécanique dans un contexte quantique pour traiter les informations, en examinant les plus petites particules comme les atomes, les électrons, les photons et autresNote de bas de page 2.
Technologies quantiques :
renvoient aux applications pratiques de la mécanique quantique, science qui illustre la façon dont la matière et l'énergie se comportent à des échelles extrêmes de particules atomiques et subatomiquesNote de bas de page 3.

Aperçu de l'Institut Périmètre

L'Institut Périmètre de physique théorique

Historique

En 2000, l'Institut Périmètre (IP) de physique théorique a été officiellement créé en tant qu'organisation indépendante à but non lucratif à Waterloo, en Ontario, par le créateur de BlackBerry, Mike Lazaridis. L'IP a pour objectif de mener des recherches, d'attirer des chercheurs de haut niveau, de former la prochaine génération de chercheurs et de susciter la connaissance et l'intérêt pour la physique théorique au Canada. Innovation, Sciences et Développement économique Canada (ISDE) fournit des fonds pour soutenir l'IP depuis 2002. Le Secteur des sciences et de la recherche (SSR) d'ISDE est chargé de gérer l'accord de financement conclu avec l'IP.

Domaines de recherche

L'IP se concentre sur neuf domaines de recherche en physique théorique :

  • Cosmologie
  • Physique mathématique
  • Physique des particules
  • Théorie quantique des champs et théorie des cordes
  • Fondements quantiques
  • Gravité quantique
  • Information quantique
  • Matière quantique
  • Gravité forte
Projets de recherche

Les projets de recherche sont conçus pour soutenir les nouvelles idées en physique théorique. L'IP mène huit projets de recherche à l'heure actuelle :

  • Causal Inference (inférence causale)
  • Centre de recherches sur l'univers
  • Centre Clay-Riddell de recherches sur la matière quantique
  • Du discret au continu
  • Le télescope Event Horizon / La science à l'horizon
  • Ondes gravitationnelles et physique fondamentale
  • Laboratoire d'intelligence quantique de l'Institut Périmètre
  • Quantum Simulations of Fundamental Interactions (Simulations quantiques des interactions fondamentales) – projet mené de concert avec l'Institut d'informatique quantique

Aperçu de l'Institut d'informatique quantique

L'Institut d'informatique quantique

Historique

En 2002, Mike Lazaridis a établi l'Institut d'informatique quantique (IIQ) au sein de l'Université de Waterloo, tout près de l'Institut Périmètre. L'IIQ mène des recherches en science et technologie de l'information quantique, recrute des chercheurs de premier plan, offre aux étudiants la possibilité d'appliquer leurs connaissances et fait la promotion des applications de la recherche quantique auprès des Canadiens. L'IIQ bénéficie de l'aide financière d'ISDE depuis 2009. L'accord de financement conclu avec l'IIQ est géré par le SSR d'ISDE.

Domaines de recherche

L'IIQ se concentre sur quatre domaines de recherche multidisciplinaire liés à la science de l'information quantique :

  • Communication quantique
  • Informatique quantique
  • Matériaux quantiques
  • Détection quantique
La vision « Quantum Valley »

L'IIQ et l'IP sont des composantes de la « Quantum Valley », vision de Mike Lazaridis visant à favoriser un vaste écosystème scientifique et technologique à Waterloo, en Ontario. Cette vision d'une Quantum Valley rassemble des chercheurs de classe mondiale, des installations, des infrastructures et des formations de pointe, ainsi que des liens avec des investisseurs et l'industrie, afin de soutenir la recherche, le développement technologique et la commercialisation des technologies quantiques dans la région.

Recherche dans la Quantum Valley

La recherche quantique menée à Waterloo, en Ontario, se concentre sur les points suivants :

  • Renforcer les connaissances en théorie quantique et dans les domaines de recherche connexes
  • Réaliser des expériences en science de l'information quantique
  • Développer et commercialiser les technologies quantiques

Méthodologie

Approche, portée et objectifs de l'évaluation

L'approche d'un rapport conjoint pour les deux évaluations du financement d'ISDE, à l'IP et à l'IIQ, permet d'avoir un aperçu stratégique de la contribution d'ISDE au paysage de la recherche à Waterloo, en Ontario.

Approche d'évaluation

La Direction générale de la vérification et de l'évaluation (DGVE) a effectué des évaluations du financement d'ISDE à l'IP et à l'IIQ, comme l'exige la Loi sur la gestion des finances publiques. Une approche d'évaluation conjointe a été adoptée pour améliorer l'efficacité des ressources d'évaluation et donner un aperçu stratégique du paysage de la recherche à Waterloo, en raison de la collaboration et du partenariat entre l'IP et l'IIQ dans de vastes domaines de recherche (p. ex., la théorie quantique) ainsi que des secteurs de résultats communs comme la sensibilisation et la mobilisation, le renforcement des capacités et la formation, ainsi que l'avancement et l'application de la recherche. Dans le cadre de ces évaluations, on a adopté une approche axée sur les résultats en examinant la mesure dans laquelle l'IP et l'IIQ continuent de progresser individuellement dans ces secteurs de résultats, tout en étudiant également les éléments de complémentarité qui existent entre les deux organisations. Bien que les évaluations aient été menées conjointement et qu'elles fassent l'objet d'un rapport commun, chaque organisation a été évaluée indépendamment. Voir l'annexe A pour le modèle logique de l'IP et l'annexe B pour le modèle logique de l'IIQ.

Portée et objectifs de l'évaluation

Les évaluations ont porté sur la période allant de 2016-2017 à 2019-2020 pour l'IP et de 2013-2014 à 2019-2020 pour l'IIQ; elles s'ajoutent à la période examinée dans les évaluations précédentesNote de bas de page 4. Les objectifs de ces évaluations étaient d'évaluer l'IP et l'IIQ en fonction de la Politique sur les résultats du Secrétariat du Conseil du Trésor. Les évaluations ont examiné la pertinence, le rendement et l'efficience du financement d'ISDE à l'IP et à l'IIQ.

Questions et domaines d'évaluation

Les questions d'évaluation ont été élaborées de manière stratégique afin de garantir que le caractère unique de l'IP et de l'IIQ, ainsi que leur complémentarité, puissent être examinés dans le cadre de l'évaluation.

Pertinence

  1. Besoin continu et particulier : Dans quelle mesure la physique théorique et la recherche quantique sont-elles toujours nécessaires?
    • Dans quelle mesure l'IP et l'IIQ répondent-ils chacun de leur côté à un besoin particulier?

Rendement

  1. Sensibilisation et mobilisation (résultats à court terme) : Dans quelle mesure l'IP et l'IIQ contribuent-ils à sensibiliser le public et à accroître l'intérêt pour la physique théorique et la recherche quantique au Canada?
  2. Renforcement des capacités et formation (résultats à moyen terme) : Dans quelle mesure l'IP et l'IIQ favorisent-ils la reconnaissance du Canada en tant qu'endroit propice pour poursuivre des études et mener des recherches en physique théorique et quantique?
  3. Avancement de la recherche et application (résultats à long terme) : Dans quelle mesure l'IP et l'IIQ contribuent-ils à ce que le Canada soit en mesure de tirer parti des avantages économiques et sociaux de la physique théorique et de la recherche quantique?

Efficience

  1. Conception et exécution du programme : Dans quelle mesure le modèle d'exécution du programme d'ISDE constitue-t-il une approche efficiente et efficace pour aider l'IP et l'IIQ à atteindre leurs objectifs de recherche respectifs? 
    • Existe-t-il d'autres approches qui pourraient soutenir la physique théorique et la recherche quantique?

Méthodes de collecte des données

De nombreuses sources de données ont été utilisées pour évaluer l'IP et l'IIQ en ce qui concerne leur pertinence, leur rendement et leur efficience, notamment des méthodes de recherche qualitative et quantitative.

Études de cas :
Quatre études de cas ont été menées en fonction des domaines de recherche de chaque organisation afin de soutenir l'évaluation globale. Les études de cas ont porté sur la gravité forte, la cosmologie, la matière quantique et l'information quantique à l'IP et sur les quatre domaines de recherche de l'IIQ. Elles comprenaient un examen des documents et des enquêtes auprès des membres du corps professoral. Au total, 31 questionnaires ont été remplis pour l'IP et 28 pour l'IIQ.
Analyse comparative :
Des recherches et des analyses ont été menées pour identifier des institutions comparables au Canada et à l'étranger, et les comparer à l'IP et à l'IIQC en ce qui a trait à leurs domaines de recherche, leurs objectifs et activités, leur profil de financement et leur structure de gouvernance. L'analyse comparative s'est appuyée sur un examen de l'information et des entretiens.
Analyse des données :
Les données relatives au rendement ont également été examinées pour chaque organisation afin d'évaluer la mesure dans laquelle des progrès ont été réalisés en vue d'obtenir les résultats attendus à court, moyen et long terme. Une analyse des données administratives et financières de l'IP et de l'IIQ a également été effectuée afin d'évaluer l'efficience.
Examen de la documentation :
L'examen a porté sur la littérature pertinente, ainsi que sur des sources médiatiques crédibles afin de comprendre la pertinence de la recherche théorique et quantique au Canada et à l'étranger, ainsi que le besoin continu et particulier de l'IP et de l'IIQ. Des documents clés sur les programmes et l'établissement des priorités du gouvernement ont également été examinés afin d'appuyer l'évaluation du rendement et de l'efficience.
Entretiens :
Au total, 45 entretiens virtuels ont été menés auprès des groupes d'intervenants suivants afin de recueillir divers points de vue sur la pertinence, le rendement et l'efficience de l'IP et de l'IIQ : la direction, le conseil d'administration, le comité consultatif scientifique, d'autres acteurs de la région de Waterloo et des intervenants en recherche.
Enquêtes :
Des enquêtes en ligne ont permis de recueillir des renseignements sur les perspectives du personnel hautement qualifié (PHQ), qui comprend des étudiants de premier cycle et de deuxième cycle, ainsi que des boursiers postdoctoraux à l'IP et à l'IIQ, afin de soutenir l'évaluation de la pertinence, du rendement et de l'efficience. Au total, 81 questionnaires ont été remplis pour l'IP et 62 pour l'IIQ.

Limites et stratégies d'atténuation

Pour faire l'évaluation, il a fallu tenir compte des limites associées aux méthodes utilisées, présentées ci-dessous.

Partialité des répondants :
Les défis et contraintes liés à cette évaluation ont notamment été la possible partialité des répondants et l'erreur due à la non-réponse. De nombreuses personnes interrogées participent à la conception et à l'exécution du programme ou en sont des bénéficiaires directs. Par conséquent, les constatations pourraient être biaisées au profit de résultats de programme plus favorables. Plusieurs mesures ont été prises afin de réduire l'incidence de la partialité des répondants. Ainsi, le but de l'entretien et la stricte confidentialité des réponses ont été clairement communiqués aux participants. En outre, les données des entretiens ont été croisées avec celles des divers groupes d'intervenants pour assurer une cohérence et une validation. Enfin, tous les résultats ont été triangulés et validés à l'aide d'au moins trois autres sources de données probantes.
Attribution :
L'obtention d'un cofinancement d'autres sources est une exigence à la fois pour l'IP et l'IIQ, conformément aux accords de financement conclus avec ISDE. En outre, les chercheurs de ces instituts sont également en mesure de demander des fonds auprès d'autres sources fédérales, comme des subventions. Il est donc difficile d'attribuer les répercussions des résultats de recherche directement à la contribution d'ISDE. De plus, puisque les chercheurs de l'IP et de l'IIQ travaillent en collaboration avec d'autres chercheurs au Canada et à l'étranger pour faire progresser la science dans leur domaine, il peut être difficile d'attribuer le succès global du Canada dans ces domaines à une seule organisation. Comme stratégie d'atténuation, l'évaluation a examiné la contribution de chaque organisme aux avancées dans leurs domaines de recherche respectifs au moyen des études de cas sélectionnées afin de souligner leurs réalisations. 

Constatations – Pertinence

Nécessité de la recherche théorique et quantique

Constatation : Il est nécessaire de continuer à soutenir la physique théorique et la recherche quantique afin de faire progresser le développement technologique et de maintenir la compétitivité du Canada dans ces domaines par rapport aux autres pays.

Besoin de recherche en physique théorique

L'examen de la documentation et les entretiens ont montré que la physique théorique est l'un des domaines scientifiques qui coûtent le moins cher et qui ont le plus d'incidenceNote de bas de page 5. Ce domaine de recherche est rentable, principalement parce que le besoin d'accès aux infrastructures et aux équipements de recherche est moindre que dans d'autres domaines scientifiques. Les entretiens ont montré que la recherche en physique théorique s'appuie sur des collaborations entre experts pour générer de nouvelles idées. En plus d'améliorer la compréhension humaine de l'univers, comme le fonctionnement des étoiles et du soleil, les progrès et les percées en physique théorique ont permis de découvrir des technologies comme la radio et la télévision. Les infrastructures de pointe, notamment le calcul de haute performance, sont également des éléments clés qui sous-tendent la recherche en physique théorique. Aujourd'hui, la physique théorique est liée à plusieurs nouvelles technologies, comme les piles solaires, les semi-conducteurs, Internet sans fil et les téléphones intelligentsNote de bas de page 6.

L'examen de la documentation laisse à penser également que, puisque toute technologie repose sur les lois de la nature, mieux ces lois sont comprises, plus les technologies qui peuvent être créées sont puissantes. L'innovation, moteur ultime de la prospérité à long terme, trouve donc son origine dans les connaissances générées par la recherche fondamentale, comme la physique théoriqueNote de bas de page 7. Les études de cas indiquent que les avancées de la recherche en physique théorique produisent de nouvelles connaissances, qui débouchent souvent sur des applications technologiques, commerciales et pratiques imprévues, selon des échelles de temps inattendues, comme l'histoire continue de le démontrer. En outre, l'examen de la documentation et les études de cas ont révélé que les chercheurs en physique théorique ont mis leurs compétences et leurs connaissances à profit dans des secteurs comme la finance, la cybersécurité, la science des données, l'intelligence artificielle, la biomédecine et les technologies quantiquesNote de bas de page 8.

LE SAVIEZ-VOUS? Les compétences spécialisées que possèdent les chercheurs en physique théorique, comme les mathématiques, la modélisation des données, les logiciels et la résolution de problèmes, sont activement recherchées pour appuyer la lutte contre le nouveau coronavirus (COVID-19) : les chercheurs de l'IP développent actuellement un logiciel de suivi des mutations, des méthodes d'essai de groupe, ainsi que des modèles qui suivent la propagation de la maladieNote de bas de page 9.

Nécessité de la recherche quantique

Selon l'examen de la documentation et les entretiens, la recherche quantique, en particulier la science de l'information quantique (SIQ), est un autre domaine à forte incidence, car il offre la possibilité de produire des technologies quantiques. On s'attend à ce que les technologies quantiques aient des répercussions sur les secteurs existants, depuis les ressources naturelles et les communications jusqu'à la santé et à la finance, en fournissant des capacités que les technologies d'aujourd'hui n'offrent pas encore et en trouvant de nouvelles solutions aux problèmes actuelsNote de bas de page 10.

En voici quelques exemples :

  • Communications : Instauration d'un réseau de communication sécurisé à l'échelle mondiale, fondé sur les lois de la physique.
  • Santé : Sélection de candidats-médicaments prometteurs et amélioration des vitesses d'IRM à faible coût.
  • Mégadonnées : Amélioration de l'apprentissage automatique et de l'intelligence artificielle quantique.
  • Défense et sécurité : Conception de technologies de chiffrement quantique, de satellites plus légers et de détection d'engins furtifs.

En plus de créer de nouvelles industries, la SIQ pourrait générer d'importants avantages économiques dans de nombreux secteurs et industries. La littérature donne à penser que d'ici 2030, le Canada pourrait être doté d'une industrie de la technologie quantique de 8,2 milliards de dollars, qui emploierait 16 000 personnes et verserait 3,5 milliards de dollars dans les coffres de l'ÉtatNote de bas de page 11. Elle indique également que d'ici 2040, lorsque la technologie quantique aura atteint le taux d'adoption prévu de 50 %, l'industrie canadienne de la technologie quantique pourrait valoir 142,4 milliards de dollars, créer 229 000 emplois et générer 55 milliards de dollars en revenus fiscaux. Les documents examinés indiquent aussi que les investissements en recherche et développement dans la SIQ agissent comme des moteurs de l'emploi, facilitant les progrès scientifiques et technologiques dans de nombreuses disciplines et contribuant au développement d'une main-d'œuvre hautement qualifiéeNote de bas de page 12.

LE SAVIEZ-VOUS? Les travaux de recherche sur les dispositifs quantiques menés au Stewart Blusson Quantum Matter Institute ont permis de concevoir, de mettre à l'essai et de mettre en œuvre un outil de dépistage efficace et très peu coûteux qui, lorsqu'il sera prêt, permettra d'effectuer sur place des tests de dépistage de la COVID-19 et d'autres maladies nouvelles à l'avenirNote de bas de page 13.

Besoin de soutien pour demeurer concurrentiel sur la scène internationale

Du point de vue des intervenants, le Canada est actuellement un chef de file mondial à la fois en physique théorique, qui est au cœur des travaux de l'IP, et en recherche en SIQ, qui est un des principaux domaines de recherche de l'IIQ et comprend des volets théoriques et expérimentaux. La recherche menée à l'IP porte également sur la SIQ, ainsi que sur plusieurs domaines complémentaires. Par exemple, l'examen de la documentation a révélé qu'à l'échelle internationale, l'IP et l'Université de Waterloo se classent respectivement au 20e rang et au 3e rang des instituts ayant publié le plus grand nombre d'articles sur le sujet de l'informatique quantique au cours des dix dernières années, parmi d'autres institutions prestigieuses comme l'Université Harvard aux États-Unis, le Quantum Technologies Centre à Singapour, l'Université d'Oxford au Royaume-Uni et l'ETH Zurich en SuisseNote de bas de page 14. De plus, selon les données du Web of Science, l'Université de Waterloo figure parmi les cinq meilleures institutions en matière de recherche sur la SIQ. L'examen de la documentation et les entretiens indiquent que la concurrence internationale dans le domaine de la recherche sur la SIQ s'est accrue au cours des cinq dernières années, remettant ainsi en question la place de chef de file du Canada, alors que des pays comme la Chine, les États-Unis et l'Australie lancent des stratégies nationales et augmentent leurs investissements dans ce domaineNote de bas de page 15. Le domaine de la science quantique ne fait que commencer à avoir une incidence technologique, mais les données issues des entretiens et les études de cas donnent à penser que la recherche atteint le point où des applications commencent à voir le jour et que le domaine évolue rapidement.

De plus, selon les documents examinés, le soutien à la physique théorique et à la recherche quantique est conforme aux priorités du gouvernement du Canada. Il est conforme à l'objectif du Plan pour l'innovation et les compétences qui vise à doter les Canadiens des outils, des compétences et de l'expérience dont ils ont besoin pour réussir, en aidant à maintenir le rôle de chef de file du Canada en recherche fondamentale et à attirer les meilleurs talents du monde entier. De plus, les priorités établies dans la lettre de mandat du ministre de l'Innovation, des Sciences et de l'Industrie comprennent le soutien continu aux écosystèmes d'innovation dans tout le pays et l'investissement dans la recherche scientifique, en assurant un juste équilibre entre la recherche fondamentale visant à soutenir les nouvelles découvertes et la commercialisation des idéesNote de bas de page 16.

LE SAVIEZ-VOUS? Le Canada se classe au premier rang en physique et en science de l'espace pour ce qui est des principales mesures de la qualité et de l'incidence de la recherche, et au cinquième rang en sciences et technologies de l'information quantique, selon le nombre de publications et de demandes de brevetsNote de bas de page 17.

Nécessité de l'Institut Périmètre

Constatation : L'IP est unique par l'étendue de ses domaines de recherche en physique théorique, par son rôle dans la mise en relation des chercheurs en physique et par son environnement de recherche distinct. En mettant l'accent sur la théorie, il joue un rôle complémentaire dans la recherche quantique par rapport à l'IIQ, et la proximité physique entre les deux instituts facilite la collaboration et le partenariat.

Étendue des domaines de recherche

Les entretiens, l'examen de la documentation et l'analyse comparative ont révélé que l'IP est unique au Canada, et dans le monde, par sa taille et sa nature indépendante en tant qu'institut sans but lucratif non affilié à une université, ainsi que par l'ampleur de ses recherches, en particulier dans les domaines de la science quantique. Par exemple, lors des entretiens avec les intervenants internationaux, ceux-ci ont fait ressortir le caractère unique de la recherche menée par l'IP sur la théorie quantique des champs et la théorie des cordes et ont qualifié cet institut d'expert mondial dans le domaine. Bien que les universités canadiennes puissent mener des recherches similaires au sein de leur département de physique, les entretiens et l'analyse comparative ont révélé que leurs domaines de recherche ne sont pas aussi complets que ceux de l'IP et qu'ils ne sont pas entièrement axés sur la physique théorique. Par exemple, l'Institut canadien d'astrophysique théorique de l'Université de Toronto se concentre sur l'astronomie et la cosmologie modernes, qui constituent l'un des neuf domaines de recherche de l'IP.

Mise en relation des chercheurs en physique

L'IP joue un rôle clé dans la mise en relation des membres de la communauté des physiciens canadiens, en facilitant les interactions entre les physiciens théoriques et expérimentaux pour renforcer la recherche en physique au Canada. Les entretiens et l'examen de la documentation ont révélé que l'IP a établi un réseau de collaboration entre physiciens dans le cadre de son programme d'affiliation, en partenariat avec les universités. En tant qu'affiliés de l'IP, les chercheurs ont la possibilité de participer à des activités de recherche, à des projets de collaboration et à des conférences. L'analyse des données a révélé qu'entre 2016-2017 et 2019-2020, le nombre de membres affiliés de l'IP a varié de 108 à 119 chercheurs répartis dans 34 institutions, principalement au Canada. De plus, les entretiens et l'examen de la documentation permettent de constater que l'IP continue de nouer des relations et de resserrer ses liens avec des instituts d'expérimentation et d'observation au Canada et à l'étranger, offrant ainsi une tribune où la théorie peut être mise à l'essai et à l'épreuve. Par exemple, l'IP a conclu un accord de partenariat avec SNOLAB, un laboratoire scientifique souterrain spécialisé dans la physique des neutrinos (particules électriquement neutres à faible interaction) et la matière noire (forme de matière invisible existant dans l'univers qui ne peut être observée directement). L'IP a également conclu un accord de partenariat avec TRIUMF, le centre national d'accélération des particules au Canada, et entretient des liens mondiaux avec le Grand collisionneur de hadrons de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) et le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) aux États-UnisNote de bas de page 18.

Environnement de recherche unique

L'IP offre aux chercheurs un environnement unique. Les enquêtes ont révélé que 90 % des membres du corps professoral de l'IP ont désigné son environnement de recherche transdisciplinaire comme l'un des facteurs les plus convaincants pour se joindre à l'IP. Ainsi, selon les entretiens et l'examen de la documentation, l'environnement de l'IP se distingue de celui d'une université par ses exigences minimales en matière d'enseignement et d'administration, ce qui permet aux chercheurs de se consacrer entièrement à leurs activités de recherche. En outre, les entretiens ont révélé que la relation symbiotique avec l'IIQ est une autre caractéristique clé de l'environnement de recherche qu'offre l'IP. La recherche quantique menée à l'IP est axée sur la théorie et vient compléter la recherche expérimentale menée à l'IIQ. La proximité des deux instituts facilite les activités de collaboration et l'atteinte d'objectifs communs dans le domaine de la recherche quantique, comme le montrent les études de cas. Par exemple, les chercheurs de l'IIQ mettent à l'essai les théories élaborées par l'IP dans le cadre de leurs expériences, tandis que les chercheurs de l'IP fournissent un éclairage théorique aux observations expérimentales faites à l'IIQ. L'examen de la documentation a permis de constater que l'IIQ est le partenaire expérimental le plus proche de l'IPNote de bas de page 19, et les entretiens ont confirmé l'existence d'une coordination et d'une collaboration solides en matière de recherche entre les deux instituts, en particulier dans les domaines de recherche de l'information quantique de l'IP et de l'informatique quantique de l'IIQ. En outre, selon les enquêtes, 50 % des répondants du corps professoral de l'IIQ disent que l'accès à l'IP a été l'un des facteurs qui les ont incités à se joindre à l'IIQ.

Composante clé de l'écosystème de la Quantum Valley

Au sein de la vaste Quantum Valley, l'IP joue un rôle central dans l'atteinte de l'objectif consistant à créer un écosystème quantique dynamique qui accélère le développement des technologies quantiques, en se concentrant sur les aspects théoriques de la SIQ. Ainsi, la documentation a révélé que les chercheurs de l'IP étudient « les causes et les effets » dans des ensembles de données très complexes du projet de recherche quantique sur l'inférence causale, dans le cadre du domaine de recherche portant sur les fondements quantiques de l'IP, et ce travail, selon les renseignements issus des entretiens, a suscité l'intérêt d'une grande compagnie d'assurance à discuter des applications possiblesNote de bas de page 20. D'après la documentation et les entretiens, l'IP contribue à l'avancement des technologies issues de la SIQ, et son caractère unique provient en partie de sa proximité non seulement avec l'IIQ, mais aussi avec le vaste écosystème qui fournit un soutien aux activités, aux infrastructures et à la commercialisation. Les entretiens ont également révélé que l'emplacement physique de l'IP à Waterloo est important pour assurer une forte concentration de talents et d'expertise dans la région.

Nécessité de l'Institut d'informatique quantique

Constatation : L'IIQ joue un rôle de premier plan dans les efforts déployés par le Canada pour développer des technologies quantiques, en menant des recherches multidisciplinaires en SIQ qui nécessitent des travaux à la fois théoriques et expérimentaux. Ses recherches sont uniques dans l'écosystème de la Quantum Valley et complètent les forces qui ont émergé au sein des instituts d'autres régions du Canada.

Environnement de recherche multidisciplinaire

Les entretiens et la documentation indiquent que l'IIQ contribue à la création d'un écosystème quantique par sa capacité à susciter l'intérêt des chercheurs et du secteur privé, à mener des recherches de grande qualité en SIQ et à démontrer le potentiel des technologies quantiques par l'expérimentation et les applications précoces. L'IIQ fait progresser le développement de technologies quantiques viables grâce à son environnement de recherche multidisciplinaire qui recoupe plusieurs disciplines, notamment la physique, les mathématiques, l'informatique, l'ingénierie et la chimie, ainsi qu'à sa volonté de mener des recherches dans le spectre complet de la théorie, des expériences et des applications précoces. Par exemple, les chercheurs de l'IIQ dirigent les efforts dans le domaine des simulations quantiques, ce qui est très propice à la collaboration entre théorie et expérience. Ce travail repose sur des théories qui décrivent l'interaction des particules à l'échelle la plus fondamentale, et la littérature donne à penser qu'il mène à l'élaboration de nouvelles méthodes quantiques. En 2019, ces efforts de recherche ont donné naissance à une entreprise conjointe avec l'IP, le projet de recherche Quantum Simulations of Fundamental Interactions (QFun), qui rassemble des chercheurs des différentes disciplines dans le but d'élaborer de nouvelles méthodes et de nouveaux outils reposant sur la science quantique qui permettront de simuler, d'explorer et de comprendre les phénomènes quantiques. L'analyse des données et les entretiens ont révélé que 53 % du corps professoral de l'IIQ sont des théoriciens et 41 %, des expérimentateurs, tandis que les 6 % restants disent être les deux. En outre, les enquêtes ont révélé que l'environnement de recherche interdisciplinaire de l'IIQ est l'une des raisons les plus souvent évoquées pour expliquer la décision de se joindre à l'IIQ.

Composante clé de l'écosystème de la Quantum Valley

L'IIQ est une composante clé de la Quantum Valley, et son emplacement dans la région de Waterloo est important non seulement pour faire avancer ses objectifs, mais aussi pour créer l'écosystème quantique de la région. D'après la littérature, Waterloo est un « exemple remarquable » d'une grande vision de la recherche et de la technologie quantiquesNote de bas de page 21. Selon les renseignements obtenus lors des entretiens, la proximité de l'IIQ avec l'IP et son emplacement dans la Quantum Valley permettent aux chercheurs d'avoir accès à un soutien aux activités et à la commercialisation, à des possibilités de collaboration entre le milieu universitaire et l'industrie, ainsi qu'à une forte concentration de talents régionaux. De plus, les études de cas ont révélé qu'en 2020, le programme UK Research and Innovation et le programme Canada-Royaume-Uni de projets sur les technologies quantiques du CRSNG ont attribué trois projets sur huit aux chercheurs de l'IIQ dans les domaines de l'informatique quantique et des communications quantiques sécurisées, ce qui souligne le rôle de chef de file de l'IIQ au CanadaNote de bas de page 22.

Instituts de recherche quantique complémentaires

Forces régionales et complémentaires dans la recherche quantique

Bien que l'évaluation ait permis de constater que l'IIQ est un acteur de premier plan en SIQ, elle a également souligné l'existence d'autres concentrations régionales d'activités de recherche quantique au Canada qui contribuent à un paysage national de la recherche quantique. Il s'agit notamment de la recherche quantique au Stewart Blusson Quantum Matter Institute (SBQMI) de l'Université de la Colombie-Britannique et à l'Institut quantique (IQ) de l'Université de Sherbrooke. De plus, le Fonds d'excellence en recherche Apogée Canada (FERAC), dirigé par les trois organismes subventionnaires (soit les Instituts de recherche en santé du Canada, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et le Conseil de recherches en sciences humaines du Canada), aide les universités canadiennes à développer leurs forces actuelles pour en faire des capacités de calibre mondial. Le FERAC a accordé des subventions à l'IIQ en 2016-2017, ainsi qu'à la SBQMI et à l'IQ en 2015-2016, par l'intermédiaire de leurs universités respectives. Il ressort de l'examen de la documentation et de l'analyse comparative que ces trois instituts possèdent des forces qui leur sont propresNote de bas de page 23. Ainsi, le SBQMI se spécialise dans le développement de matériaux et de dispositifs quantiques, tandis que l'IQ de Sherbrooke se spécialise dans l'électronique et l'ingénierie quantiques. Les entretiens donnent également à penser que ces instituts considèrent que l'IIQ a des forces complémentaires, en particulier dans les domaines de l'informatique quantique, de la communication quantique et de la détection quantique – des domaines qui, selon les études de cas, ont donné lieu à des avancées majeures.

En ce qui concerne la collaboration entre les instituts, les entretiens ont révélé qu'elle se fait selon les besoins, notamment dans le cadre de projets de recherche conjoints et de publications conjointes. D'après la littérature, les instituts canadiens collaborent moins que ceux d'autres pays comme le Royaume-Uni, mais cette situation s'explique en partie par la grande distance physique entre les centres d'activitéNote de bas de page 24. Les entretiens et l'analyse comparative ont permis de constater que le FERAC facilitait les activités de collaboration et, en mars 2019, les trois instituts collaboraient à cinq nouveaux projets de recherche conjoints qui devraient accélérer les avancées vers des percées dans le domaine de la science quantique. Les instituts s'efforcent également de partager l'infrastructure dans le cadre du projet « Quantum Co-lab » et de réduire au minimum le chevauchement des recherches en organisant des conférences annuelles pour encourager la collaboration entre chercheurs. Compte tenu de la concurrence internationale croissante, les entretiens ont révélé qu'il est possible de favoriser une plus grande collaboration entre les instituts de science quantique des universités canadiennes.

Le FERAC a alloué en tout 176,3 millions de dollars sur sept ans pour faire progresser les efforts de recherche quantique dans les universités canadiennes.

Recommandation : Le Secteur des sciences et de la recherche d'ISDE devrait surveiller le paysage de la recherche quantique au Canada de manière plus générale, y compris les forces complémentaires qui se développent au sein des instituts de recherche dans l'ensemble du Canada.

Constatations – Rendement

Résultats en matière de sensibilisation et de mobilisation

Résultats de l'Institut Périmètre

Constatation : L'IP continue d'offrir des programmes efficaces de sensibilisation et de mobilisation qui ciblent des publics diversifiés au Canada et à l'étranger. L'IP voit également en priorité à promouvoir la physique auprès des jeunes afin d'accroître l'intérêt envers ce domaine et de créer un bassin de talents diversifié au sein de la prochaine génération de chercheurs.

Mobilisation du grand public afin d'accroître la culture scientifique

Selon l'examen de la documentation, l'analyse des données et les entretiens, les efforts de sensibilisation du public menés par l'IP sont importants. En 2017, le gouvernement fédéral a choisi l'IP pour diriger « Innovation150 », une campagne nationale de sensibilisation menée en partenariat avec des organisations comme l'IIQ pour souligner l'innovation canadienne. Il s'agissait notamment de l'exposition itinérante « Power of Ideas » de l'IP, qui a attiré plus de 140 000 étudiants de 390 communautés canadiennes, y compris de régions éloignées et autochtones, et a donné lieu à une exposition dérivée en Ontario. L'IP a organisé de six à neuf conférences publiques par an, invitant des chercheurs du monde entier à présenter des sujets liés à la physique. L'examen de la documentation et des données a révélé que les conférences, à ce jour, ont suscité ensemble environ 4,65 millions de vues. En outre, en 2010, l'IP a lancé Inside the Perimeter, revue semestrielle qui souligne ses activités.

Les entretiens indiquent que l'IP a déployé des efforts pour communiquer la valeur de la physique théorique au secteur privé, notamment par des activités de collecte de fonds et des discussions avec des chefs d'entreprise qui veulent se tenir au courant des activités de recherche de l'IP. Selon les résultats des enquêtes, quelques membres du corps professoral de l'IP s'efforcent de diffuser leurs connaissances auprès du milieu des affaires. À l'appui des personnes souhaitant profiter des débouchés offerts dans le secteur privé, l'examen de la documentation et les entretiens ont révélé que l'IP a lancé sa série de conférences « Career Trajectories » en 2018-2019 pour offrir aux étudiants et aux chercheurs la possibilité de créer des liens avec des intervenants de l'industrie et de se renseigner sur les possibilités de carrière non universitaires.

Les données indiquent que les conférences publiques de l'IP au cours de la période d'évaluation ont incité 97 % des participants à en savoir plus sur la science, la technologie, l'ingénierie et les mathématiques (STIM).Note de bas de page 25

Formation d'éducateurs afin d'enseigner la physique aux jeunes et de former la prochaine génération de chercheurs

Les efforts de l'IP visant à former la prochaine génération de chercheurs sont principalement axés sur les programmes et les modules de formation destinés aux écoles secondaires, comme l'indiquent l'examen de la documentation, l'analyse des données et les entretiens. L'École d'été internationale de l'Institut Périmètre pour jeunes physiciens et physiciennes (ISSYP) touche une cohorte diversifiée d'élèves du secondaire. De 2016-2017 à 2019-2020, 160 étudiants des quatre coins du Canada et du monde entier ont exploré des sujets de physique théorique grâce à l'ISSYP, et l'IP a atteint la parité hommes-femmes parmi les participants chaque année. Au cours de cette période, 50 % des participants à l'ISSYP étaient originaires d'autres pays. À ce jour, l'ISSYP a formé 865 étudiants de 61 pays. Les données indiquent que 95 % des anciens participants à l'ISSYP affirment que leur expérience à l'IP a eu une incidence positive sur leur attitude à l'égard des sciences, tandis que 69 % ont noté que leur participation les avait incités à poursuivre une carrière en physique ou en mathématiques. Par ailleurs, la conférence annuelle de l'IP intitulée « Inspiring Future Women in Science » vise à remédier au déséquilibre entre les sexes dans le domaine des STIM. Elle a donné à 665 élèves canadiennes du secondaire l'occasion d'entrer en contact avec des femmes qui poursuivent une carrière fructueuse dans les STIM, ainsi que de profiter de leur mentorat. 

L'IP propose des modules de formation gratuits en ligne qui fournissent aux enseignants des ressources pour enseigner la physique aux élèves. De 2016-2017 à 2019-2020, ces modules, offerts aussi en d'autres langues, ont touché quelque 9,7 millions d'étudiants par an dans le monde entier et, depuis 2006, ont facilité environ 59 millions d'interactions entre étudiants dans 106 pays. L'IP mobilise les enseignants principalement dans le cadre de son « Perimeter Teacher Network », composé de plus de 100 formateurs d'enseignants dans le monde entier, qui donnent aux enseignants du secondaire à une formation sur la façon d'utiliser les ressources pédagogiques de l'IP pour enseigner la physique. L'IP utilise un modèle de « formation des formateurs » en formant des enseignants pour qu'ils proposent des ateliers à d'autres éducateurs dans leurs régions respectives. Il propose également le « CERCLE scientifique EinsteinPlus », qui initie les enseignants du secondaire aux ressources pédagogiques et aux méthodes d'enseignement de l'IP. Depuis 2016, l'IP a également collaboré avec plus de 450 formateurs d'enseignants pour animer 25 ateliers dans les communautés autochtones.

L'IP a organisé 641 ateliers entre 2016-2017 et 2019-2020 et, avec son camp de formation des enseignants, a formé en tout quelque 18 300 éducateurs au cours de cette période, dont la moitié étaient des éducateurs venant de l'étrangerNote de bas de page 26.

Sensibilisation aux activités de recherche menées au sein de la communauté scientifique et hausse de leur visibilité

L'IP arrive à mieux faire connaître ses recherches au sein de la communauté scientifique. Selon les entretiens et les enquêtes, les publications de ses chercheurs sont l'un des principaux moyens par lesquels l'IP collabore avec la communauté scientifique et, sans les publications de l'IP, la réputation et la visibilité du Canada diminueraient à l'échelle internationale. De plus, les données bibliométriques confirment que le nombre de citations aurait fait passer le Canada du premier au quatrième rang en 2019 sans l'IPNote de bas de page 27. Outre les publications évaluées par les pairs, une enquête auprès du corps professoral de l'IP a révélé que les membres collaborent avec la communauté scientifique surtout par l'entremise de conférences, de séminaires et de colloques, ainsi que de cours et de présentations qui permettent l'échange des résultats des recherches actuelles et l'échange de connaissances et facilitent la collaboration. L'analyse comparative a montré que ces activités sont propres à l'IP et qu'aucun autre institut au Canada ne mène des activités similaires. Les données suggèrent que, de 2016-2017 à 2019-2020, l'IP a tenu en moyenne 300 exposés scientifiques par an. Au cours de la même période, l'IP a accueilli en moyenne 16 ateliers et conférences par an, auxquels 799 personnes ont participé annuellement. L'examen de la documentation suggère que ces activités ont couvert les toutes dernières difficultés et avancées en physique théoriqueNote de bas de page 28.

L'examen de la documentation a également révélé que le « Perimeter Institute Recorded Seminar Archive » (PIRSA) étend la portée de l'IP au-delà des personnes qui participent directement à ses activités en personne. Le PIRSA est une archive en ligne contenant l'ensemble des séminaires, des conférences, des ateliers et des cours. En janvier 2020, le PIRSA contenait 12 750 enregistrements, et 400 à 800 nouvelles vidéos sont ajoutées chaque année. Les données indiquent que de 2016-2017 à 2019-2020, les enregistrements du PIRSA ont produit 700 000 à 900 000 vues par an. De plus, la documentation et les entretiens suggèrent que l'IP a l'intention de lancer un projet quinquennal appelé « SciTalks.ca » pour fournir une boîte à outils logicielle ouverte qui permettrait à toute institution de créer son propre répertoire normalisé et consultable de conférences institutionnelles. L'objectif ultime de ce projet est de réunir les répertoires institutionnels du monde entier en une plateforme unique et consultable.

Les abonnés de l'ensemble des plateformes de médias sociaux ont augmenté de 264 %, et la présence de l'IP sur YouTube a connu un grand succès puisque le nombre total de vues des vidéos a augmenté chaque année, passant d'environ 900 000 en 2016-2017 à quelque 2,5 millions en 2019-2020Note de bas de page 29.

Résultats de l'Institut d'informatique quantique

Constatation : Les programmes de sensibilisation et de mobilisation de l'IIQ sont efficaces pour susciter l'intérêt du grand public canadien envers la science de l'information quantique, en particulier celui de divers élèves du secondaire et étudiants universitaires de premier cycle. De plus, les activités de sensibilisation de l'IIQ auprès du milieu des affaires sont principalement axées sur les activités de précommercialisation.

Sensibilisation du grand public afin de susciter l'intérêt pour la SIQ

Au cours de la période d'évaluation, les efforts remarquables de l'IIQ pour mobiliser le grand public comprenaient ses événements d'exposition, ses conférences publiques en personne et une présence en ligne croissante, comme l'indiquent l'examen de la documentation, l'analyse des données et les entretiens. Les données indiquent que ce sont les expositions de l'IIQ qui ont eu la plus grande visibilité. En 2017, l'IIQ a participé à « Innovation150 », programme national de vulgarisation scientifique dirigé par l'IP. La contribution de l'IIQ comprenait une exposition bilingue de 4 000 pieds carrés conçue pour faire participer les visiteurs de tous âges aux concepts quantiques fondamentaux. Les expositions de l'IIQ, notamment « Quantum: The Exhibition Series », « Quantum: The Pop-up Exhibition Series » et « Visitors to Lights Illuminated Exhibition », ont joint quelque 938 000 Canadiens. La documentation indique que des parties de la tournée ont également été présentées à des communautés éloignées et sous-représentées comme Iqaluit, ainsi qu'en Europe et en AsieNote de bas de page 30.

En plus de ces expositions, l'IIQ a mené 285 activités de sensibilisation du public au cours de la période d'évaluation, qui ont touché plus de 15 000 personnes. Parmi ces activités, les trois plus imposantes quant au nombre d'événements et de participants joints ont été les visites de laboratoires dans les écoles secondaires, les conférences publiques de chercheurs de renommée mondiale et les séances de sensibilisation pour les jeunes. Les autres activités comprenaient des visites portes ouvertes, des visites d'écoles, des foires scientifiques, des webinaires et des ateliers. Selon les personnes consultées, les activités de sensibilisation de l'IIQ ont permis de mobiliser le grand public et ont contribué à accroître la sensibilisation et l'intérêt à l'égard de l'informatique quantique ainsi que des STIM en général.

La présence en ligne de l'IIQ continue de croître, le nombre total de ses abonnés sur l'ensemble des plateformes de médias sociaux ayant augmenté de 305 % au cours de la période d'évaluationNote de bas de page 31.

Mobilisation des jeunes en SIQ et formation des éducateurs à la présentation de ce sujet en classe

Les efforts ciblés de l'IIQ pour faire participer les jeunes, surtout les élèves du secondaire, sont remarquables. L'IIQ a également déployé des efforts concertés pour encourager les femmes et les filles à s'orienter vers l'informatique quantique et les STIM en général. Il a organisé 12 événements liés aux STIM pour les filles dans les écoles primaires et secondaires, touchant ainsi 568 élèves. En janvier 2018, l'IIQ a organisé le tout premier événement « Girls in STEM » en partenariat avec la ville de Waterloo, qui a offert aux filles la possibilité de discuter avec des femmes ayant réussi dans des carrières en STIM. De plus, la Quantum Cryptography School for Young Students (QCSYS) de l'IIQ invite chaque année quelque 40 élèves du secondaire de Canada et de l'étranger à l'IIQ pour explorer la science de l'informatique quantique, et les données indiquent que ce programme de formation atteint la parité des sexes. De 2016-2017 à 2019-2020, le nombre total de demandes d'inscription au QCSYS est passé de 210 à 309. 

Par ailleurs, les entretiens et l'examen de la documentation ont révélé que l'IIQ fait participer la communauté enseignante dans le cadre d'ateliers et de séances de formation pour apprendre aux éducateurs comment introduire la SIQ dans leurs salles de classe. En 2015-2016, l'IIQ a lancé la « Schrödinger's Class », un atelier qui forme les éducateurs des écoles secondaires canadiennes et internationales sur la manière d'intégrer la SIQ dans les programmes d'enseignement. Les données indiquent qu'en 2018-2019 et 2019-2020, le programme a reçu un total de 102 demandes pour les 39 places disponibles. La documentation indique également que le programme touche une communauté d'enseignants plus grande que les participants immédiats en utilisant un effet multiplicateur, les participants de 2019-2020 indiquant qu'en moyenne, chacun d'entre eux communiquait le matériel appris dans le programme avec 22 autres enseignantsNote de bas de page 32. L'IQC a également organisé 30 séances de formation et ateliers pour les enseignants au cours de la période d'évaluation, qui ont réuni 1 100 participants en tout.

Selon les données, 92 % des participants au « Quantum Cryptography School for Young Students » de l'IIQ disent avoir été incités à rechercher des renseignements supplémentaires sur la façon de poursuivre une carrière en SIQNote de bas de page 33.

Transfert des connaissances en science de l'informatique quantique au sein des communautés scientifiques et commerciales

L'examen de la documentation et l'analyse des données indiquent que l'IIQ mobilise surtout la communauté scientifique par l'entremise de son programme de séminaires, de colloques, de conférences et d'ateliers. Ces événements abordent des sujets d'actualité dans le domaine de la SIQ et constituent un forum pour stimuler les collaborations. Les données indiquent que l'IIQ a mené 554 activités de sensibilisation auprès de la communauté scientifique, dont la majorité était des séminaires ou des colloques, touchant ainsi quelque 4 800 participants. Au cours de la période d'évaluation, les membres du corps professoral de l'IIQ ont également été invités, en moyenne, à participer à 126 conférences par an. Au cours des cinq dernières années, les chercheurs de l'IIQ ont donné plus de 44 conférences, représentant 13 % de toutes les recherches de pointe présentées à la conférence internationale sur le traitement de l'informatique quantique, une réunion annuelle pour la recherche sur la SIQ dans le monde entier.

L'IIQ s'est également efforcé de faire participer le monde des affaires à ses activités axées sur la précommercialisation, comme des visites, des rencontres entre l'industrie et les membres du corps professoral et des activités de sensibilisation lors de conférences industrielles. Par ailleurs, les entretiens, la documentation et les données ont révélé que le programme Technologies quantiques transformatrices (TQT) – une initiative financée par le Fonds d'excellence en recherche Apogée Canada pour soutenir la recherche à l'IIQC – joue un rôle dans la mobilisation de l'industrie. Les données indiquent qu'au cours de la période d'évaluation, l'IIQ a fait participer l'industrie en tenant 4 symposiums, 3 séances de sensibilisation et 13 réunions avec des entreprises du secteur privé, atteignant ainsi 445 participants. L'IIQ a également organisé 139 visites de l'industrie avec des entreprises telles que Microsoft, Nokia et ISARA. Les entretiens ont permis de relever qu'à mesure que les technologies quantiques commenceront à émerger, l'IIQ aura l'occasion d'étendre ses activités de précommercialisation en faisant participer les premiers utilisateurs de la technologie et en facilitant les liens avec les chercheurs, ainsi qu'en sensibilisant le secteur privé aux façons dont la SIQ pourrait relever les défis de l'industrie. Les enquêtes ont révélé que de nombreux chercheurs de l'IIQ utilisent des voies de commercialisation comme le « Quantum Valley Investments Fund », lancé en 2013 pour soutenir la commercialisation de technologies de pointe en informatique quantique, ainsi que le « Waterloo Commercialization Office », qui offre un soutien et une expertise pour « emballer » les innovations de la recherche et les convertir en produits et services commercialement viables. De plus, les enquêtes ont révélé que 43 % des répondants ne profitent pas présentement des possibilités de commercialisation, évoquant des raisons telles que l'investissement de temps considérable requis, le fait que la recherche soit à un stade de préparation technologique peu avancé ou encore le fait que la recherche actuelle soit axée sur la théorie quantique.

Selon les enquêtes menées auprès du corps professoral de l'IIQ, 57 % des répondants sont intéressés par les possibilités de commercialisation, et tous ont indiqué qu'ils étaient satisfaits des activités de sensibilisation de l'IIQ auprès du secteur privé.

Résultats en matière de renforcement des capacités et de formation

Résultats de l'Institut Périmètre

Constatation : L'IP a réussi à tirer parti de divers talents canadiens et étrangers grâce à sa capacité à offrir des programmes de recrutement uniques ainsi que des nominations conjointes aux chercheurs en collaboration avec des établissements partenaires. Il continue à renforcer sa capacité de recherche et à offrir une formation de calibre mondial en physique théorique.

Accès à un environnement de recherche productif et de grande qualité

L'IP contribue de manière significative à la position de chef de file du Canada et à sa réputation en physique théorique, en attirant des talents exceptionnels grâce à ses programmes de recherche concurrentiels et à la grande qualité de sa recherche, comme le laissent voir la documentation et les entretiens. L'analyse bibliométrique appuie cette évaluation et montre que la contribution à la recherche de l'IP est essentielle au maintien du Canada en tête du classement des meilleurs pays en physique et en science de l'espaceNote de bas de page 34. L'examen de la documentation et l'analyse des données ont révélé que le nombre total de publications produites par les chercheurs affiliés à l'IP depuis sa création est passé d'environ 4 600 en 2016-2017 à quelque 6 300 à la fin de 2019-2020, et qu'en date de juillet 2020, ces articles sont parus dans plus de 250 revues. En outre, les citations cumulées ne cessent d'augmenter, ces articles ayant été cités environ 290 000 fois. 

L'IP attire des physiciens théoriciens de calibre mondial grâce à sa structure unique qui, selon les enquêtes et les entretiens, se distingue par ses exigences minimales en matière d'enseignement et d'administration, comme la rédaction obligatoire de demandes de subvention. Il offre ainsi un environnement attrayant qui permet aux chercheurs de se consacrer entièrement à leurs activités de recherche. Par exemple, certains documents indiquent que l'IP accueille l'un des plus grands groupes de postdoctorants indépendants en physique théorique au monde, voire le plus grand, leur accordant une autonomie totale pour poursuivre des programmes de recherche indépendantsNote de bas de page 35. Les données montrent que leur nombre total est passé de 59 en 2016-2017 à 84 en 2019-2020, en provenance de 32 pays. L'analyse comparative et les entretiens suggèrent que l'environnement de recherche de l'IP est unique par rapport à celui des autres instituts du monde entier. En outre, l'infrastructure de l'IP optimise la recherche et la formation en physique théorique. Elle comprend notamment une installation spécialement conçue, qui comprend des espaces et des ressources de collaboration, des installations d'apprentissage et de conférence, ainsi que des ressources informatiques de pointe, y compris l'accès à des informaticiens et à des scientifiques spécialisés en calcul de haute performance.

En 2019, le classement du Canada en fonction du pourcentage d'articles faisant partie du 1 % des publications les plus citées serait passé de la première à la quatrième place si les publications des chercheurs de l'IP avaient été excluesNote de bas de page 36.

Capacité d'exploiter et d'attirer les talents à l'aide de programmes de recrutement concerté

L'IP tire parti des talents du monde entier grâce à ses programmes d'association et d'affiliation. Son programme d'affiliation vise à renforcer la communauté canadienne de la recherche en physique en permettant à des professeurs d'universités canadiennes de faire des visites régulières et informelles pour collaborer avec les chercheurs résidents de l'IP et assister aux activités de ce dernier. Au cours de la période d'évaluation, l'IP a eu jusqu'à 119 « affiliés » dans 34 organisations chaque année, principalement au Canada. En outre, le programme d'association de l'IP collabore avec des institutions voisines pour effectuer des recrutements conjoints de professeurs. En 2019-2020, les données révèlent que l'IP a recruté conjointement trois professeurs « associés » avec l'IIQ. Elles indiquent également que l'IIQ et l'Université de Waterloo représentent la plus grande proportion de toutes les institutions partenaires. L'IP et l'IIQ ont également offert des bourses postdoctorales conjointes. D'après la documentation et les entretiens, les programmes de recrutement concerté sont des outils essentiels pour faire de l'IP, et donc du Canada, un chef de file mondial en physique théorique. 

L'analyse comparative a révélé que les efforts de collaboration en physique théorique sont surtout déployés à l'échelon des chercheurs entre eux et qu'ils découlent des interactions au sein de l'IP. Les entretiens et les documents indiquent que l'environnement de recherche de l'IP est rehaussé par ses programmes de visiteurs scientifiques qui mettent en relation des physiciens canadiens et étrangers en offrant aux scientifiques invités la possibilité de collaborer avec des chercheurs résidents dans le cadre de séjours de courte ou de longue durée. Les principaux programmes de visite de l'IP, notamment le programme de chaires de chercheur invité distingué et le programme des visiteurs-stagiaires, attirent des chercheurs provenant d'institutions du monde entier pour qu'ils fassent des présentations, collaborent et participent à des conférences. Il y a également le programme de bourses Simons-Emmy-Noether, programme de visite lancé en 2013 qui offre à des femmes, au début ou au milieu de leur carrière, la possibilité de mener des recherches à l'IP et de faire progresser leur carrière grâce aux résultats des travaux d'études et de recherche. La documentation indique également qu'environ 1 000 scientifiques viennent à l'IP chaque année dans le cadre de ces programmes de visite ou d'invitations à participer à des projets de recherche menés en collaboration ou à d'autres activitésNote de bas de page 37.

L'IP a conclu 12 accords avec des centres de recherche au Canada et à l'étranger afin de promouvoir la collaboration en matière de recherche dans des domaines d'intérêt commun et d'encourager les visites d'échanges scientifiques.

Recrutement et formation d'une gamme diversifiée d'étudiants grâce à des programmes universitaires de classe mondiale

Les programmes de formation de l'IP attirent les talents au Canada. Les enquêtes ont révélé que près de 90 % des répondants faisant partie du personnel hautement qualifié ont dit avoir grandement amélioré leurs connaissances en physique théorique à l'IP, 70 % d'entre eux ayant spécifiquement noté une grande amélioration de leurs connaissances en recherche quantique. Ces répondants ont également souligné l'acquisition de compétences techniques au sein de l'IP, comme les techniques de calcul en apprentissage automatique et en codage informatique. Les données indiquent que l'IP forme des étudiants diplômés dans le cadre de son programme PSI (Périmètre Scholars International), un programme de maîtrise d'un an qui donne un aperçu de la physique théorique en mettant l'accent sur les phénomènes quantiques à toutes les échelles, et de son programme de doctorat. Le nombre total de doctorants résidents en formation est passé de 53 en 2016-2017 à 77 en 2019-2020, en provenance de 39 pays. Au cours de cette période, le pourcentage de doctorants déclarant une nationalité autre que canadienne a varié entre 80 % et 90 %. Grâce à son programme PSI, l'IP a formé 116 étudiants de 48 pays, dont près de 40 % ont indiqué être des femmes. Parmi ces diplômés du PSI, 86 % ont poursuivi des études de doctorat, dont 31 % ont choisi de continuer à l'IP. La documentation indique que le programme PSI est la principale source de talents de l'IP pour le programme de doctorat et que depuis 2015, environ deux tiers des doctorants de l'UP étaient des diplômés du PSINote de bas de page 38. En 2020-2021, l'IP a obtenu un taux d'acceptation de 100 % aux offres faites aux étudiants pour l'admission au programme PSI. En outre, l'IP indique que la solidité et la quantité des demandes d'inscription au programme PSI lui permettent d'être à l'avant-garde de la recherche de l'équilibre entre les sexes dans ses programmes d'études supérieures. 

En 2018-2019, l'IP a lancé son programme de premier cycle en physique théorique, qui propose aux étudiants de ce cycle une immersion estivale de deux semaines dans la recherche, les conférences et les activités de l'IP. Au cours de sa première année d'existence, ce programme a attiré des candidatures de 76 pays et a servi d'outil de recrutement, six étudiants de la première cohorte s'étant inscrits au programme PSI. Au cours de la période d'évaluation, le nombre total d'étudiants de premier cycle de l'IP a plus que doublé, passant de 20 en 2016-2017 à 55 en 2019-2020. Le programme a également presque atteint la parité hommes-femmes, puisque 47 % des participants à ce jour ont indiqué être des femmes.

Alors que la première cohorte du programme de maîtrise de l'IP, en 2009, comptait 20 % de femmes, l'analyse des données a montré que la cohorte de 2019 comptait 50 % de femmes, ce qui constitue une réalisation remarquable pour un programme d'études supérieures en physique.

Résultats de l'Institut d'informatique quantique

Constatation : L'IIQ a réussi à renforcer sa capacité de recherche grâce à son accès à une infrastructure de pointe et à l'écosystème de la Quantum Valley. Il continue d'attirer des talents divers, de soutenir la formation de la prochaine génération de chercheurs en science quantique et de faciliter la collaboration internationale en SIQ.

Accès à une infrastructure de recherche de pointe

L'IIQ permet aux chercheurs d'accéder aux infrastructures et équipements de pointe qui sont nécessaires pour faire avancer la recherche en SIQ. Les entretiens et la documentation indiquent que les forfaits de démarrage des professeurs de l'IIQ, qui offrent un soutien pour l'acquisition d'équipements de démarrage, de laboratoires et d'installations de haute qualité, ainsi que des infrastructures dans la Quantum Valley, sont tous essentiels non seulement pour attirer les chercheurs, mais aussi pour permettre et faire progresser la recherche expérimentale en SIQ. D'après les données, l'IIQ a attiré 10 nouveaux expérimentateurs quantiques au cours de la période d'évaluation, atteignant ainsi son objectif, et il les a aidés à aménager de nouveaux laboratoires au Quantum-Nano Centre, ce qui démontre son engagement à renforcer les capacités de recherche.  

La documentation et les entretiens ont révélé que l'IIQ contribue également au financement de la Quantum Nanofabrication and Characterization Facility (QNFCF) de l'Université de Waterloo, une installation de calibre mondial qui permet aux chercheurs de tout le Canada d'avoir accès à des outils et équipements de fabrication pour effectuer des essais expérimentaux et concevoir des dispositifs. En 2019-2020, la QNFCF a fait état de 32 894 heures d'utilisation indépendante de l'équipement de laboratoire, soit le taux d'utilisation le plus élevé en une année. En outre, selon la documentation, 195 chercheurs de 59 groupes de recherche de partout au Canada ont utilisé l'équipement de la QNFCF au cours de cette même année, ce qui donne à penser que l'installation a une vaste portée qui s'étend au-delà de la région de Waterloo. La documentation indique également que le développement des infrastructures de recherche de l'Université de Waterloo se poursuit, par exemple avec l'ajout de son nouvel espace Quantum Exploration, qui est une zone de démonstration destinée, en partie, à faciliter la collaboration entre l'industrie et le milieu universitaireNote de bas de page 39.

D'après les données, la demande d'accès à la Quantum Nanofabrication and Characterization Facility de l'Université de Waterloo a augmenté au cours des quatre dernières années, enregistrant une croissance annuelle moyenne de 46 % entre 2016-2017 et 2019-2020.

Attraction de professeurs et d'étudiants diplômés de haut calibre

L'IIQ, qui attire et recrute des chercheurs de haut calibre à tous les niveaux, est considéré comme une destination internationale de choix pour la recherche en SIQ. Les enquêtes ont révélé que la masse critique de chercheurs de haut niveau est l'une des raisons les plus souvent citées de se joindre à l'IIQ. En outre, selon environ 50 % des chercheurs interrogés, la possibilité de collaborer avec les chercheurs de l'IP a été un facteur important dans le choix de l'IIQ. Le soutien qu'offre l'IIQ aux activités de démarrage de laboratoires est un autre facteur important, également noté par quelque 50 % des participants à l'enquête. Plus de 65 % des membres du personnel hautement qualifié ont déclaré avoir été attirés par la possibilité de recevoir un mentorat de la part des chercheurs de l'IIQ. Les données et la littérature indiquent que, collectivement, les chercheurs de l'IIQ publient en moyenne 146 articles par an. De plus, le nombre de citations cumulées a atteint 47 564, dépassant l'objectif de l'IIQ de 35 000 citations en 2019. Plus récemment, en 2019-2020, les données de Web of Science indiquent que deux articles d'un chercheur de l'IIQ font partie du 1 % des articles les plus cités du domaine universitaire des mathématiques.

En ce qui concerne le recrutement de talents, l'IIQ est en bonne voie d'atteindre son objectif de 39 professeurs d'ici 2023. Les données indiquent qu'au cours de la période d'évaluation, il a recruté en moyenne deux nouveaux professeurs par an, faisant passer la taille de son corps professoral de 23 membres en 2014-2015 à 32 en 2019-2020. Toujours selon les données, l'IIQ a atteint son objectif de 65 boursiers postdoctoraux, qui sont passés de 46 en 2014-2015 à 65 en 2019-2020. Quant au recrutement d'étudiants diplômés, l'IIQ dépasse son objectif de 165, puisque le nombre total d'étudiants diplômés en formation à n'importe quel moment est passé de 126 en 2014-2015 à 203 en 2019-2020, soit un taux de croissance global de 61 %. Au cours de la période d'évaluation, l'IIQ a reçu en moyenne 292 demandes d'inscription à son programme collaboratif d'études supérieures en information quantique chaque année, alors que son objectif était de 200 demandes. Fait remarquable, l'IIQ a connu une augmentation significative des demandes d'inscription au cours de la dernière année, dont le nombre est passé de 268 en 2018-2019 à 528 en 2019-2020. Les données révèlent également qu'environ 54 % des étudiants actuellement inscrits au programme d'études supérieures de l'IIQ ou supervisés par des professeurs de l'IIQ sont des étudiants étrangers, témoignant d'un groupe d'étudiants diversifié. En outre, un peu moins de 20 % des étudiants inscrits ou supervisés par des professeurs de l'IIQ disent être des femmes. 

Au cours de la période couverte par l'évaluation, l'IIQ a réussi à embaucher trois femmes au sein de son corps professoral, améliorant ainsi l'équilibre entre les sexes au sein du corps professoral, qui est passé de 4,3 % en 2014-2015 à 12,5 % en 2019-2020.

Programmes de formation uniques pour les chercheurs de tous les niveaux d'enseignement

Les programmes de formation de l'IIQ contribuent au recrutement de talents. Près de 70 % des étudiants de premier cycle ayant fréquenté l'Undergraduate School on Experimental Quantum Information Processing (école de 1er cycle sur le traitement quantique expérimental de l'information), ou programme USEQIP, de l'IIQ entre 2017 et 2019 ont dit souhaiter suivre le programme d'études supérieures de l'IIQ. En outre, près de 75 % des boursiers postdoctoraux qui ont participé au programme Quantum Innovators in Math and Science (Innovateurs dans le domaine quantique en mathématiques et en sciences) de l'IIQ entre 2017 et 2019 ont dit envisager l'IIQ comme milieu de choix pour faire leur carrière scientifiqueNote de bas de page 40. Les programmes de formation de l'IIQ profitent aux participants en augmentant leurs connaissances en SIQ et en leur permettant d'acquérir les compétences nécessaires pour réussir dans ce domaine. L'IIQ offre des programmes de formation qui s'adressent aux chercheurs de tous les niveaux d'enseignement. Selon la documentation, ces programmes offrent aux étudiants de niveau secondaire et de premier cycle universitaire la possibilité d'explorer le domaine de la SIQ, tout en offrant un forum aux étudiants diplômés et aux boursiers postdoctoraux pour discuter et recevoir une formation spécialisée sur des sujets comme la cryptographie quantique et les communications quantiques. De plus, les données indiquent que 85 % des participants au programme USEQIP estiment que ce programme leur a donné les outils nécessaires pour commencer à étudier le domaine de l'information quantique.

Selon les enquêtes, tous les répondants membres du personnel hautement qualifié ont dit que l'acquisition d'une expérience de recherche sous forme de nouvelles connaissances et compétences techniques représentait l'avantage de faire des recherches à l'IIQ. Lorsqu'on leur a demandé de préciser une compétence notable qu'ils ont acquise, les participants aux enquêtes ont donné des réponses diverses, mettant en évidence certaines connaissances et compétences particulières en SIQ, comme l'apprentissage de la preuve de sécurité quantique et des techniques de microfabrication, ainsi que l'acquisition de compétences transférables comme la pensée critique et les capacités de gestion de projets scientifiques. L'IIQ explore également des façons d'améliorer ses programmes de formation. Ainsi, d'après les entretiens, l'IQC est à élaborer un nouveau programme de maîtrise d'un an reposant sur des cours pour préparer les étudiants diplômés à des carrières dans l'industrie quantique. De plus, en réponse à la demande de l'industrie en matière de formation de la main-d'œuvre, l'IIQ est à concevoir une plateforme d'apprentissage de micro-crédits pour sensibiliser à la SIQ et mieux la faire connaître.

Près de 75 % des participants à la Quantum Key Distribution Summer School (école d'été sur la distribution quantique de clé) aux niveaux universitaire et postdoctoral ont indiqué que le programme leur avait donné de solides assises en ce qui concerne les approches et les techniques pertinentes, ce qui leur a permis de mener leurs propres recherches indépendantesNote de bas de page 41.

Plus grande facilité de collaboration entre chercheurs

L'IIQ facilite la collaboration entre chercheurs en créant un environnement qui offre à chacun la possibilité de nouer de nouveaux partenariats. Selon les enquêtes, 97 % des professeurs de l'IIQ et 82 % des membres du personnel hautement qualifié (PHQ) sont satisfaits des possibilités d'établir des relations de collaboration pour mener leurs recherches. Quant aux types d'activités de collaboration, les professeurs et les membres du PHQ étaient surtout susceptibles d'indiquer leur participation à un projet de recherche collaboratif ou à une publication conjointe évaluée par les pairs, tant à l'échelle nationale qu'internationale. De plus, l'analyse des données a révélé que les professeurs de l'IIQ ont participé à 1 246 activités de collaboration, dont 82 % étaient des publications conjointes. Les enquêtes indiquent en particulier que les activités de collaboration les plus fréquentes se font avec des chercheurs de l'Université de Waterloo et de l'IP. D'après les données d'enquête et les entretiens, les projets de recherche menés en collaboration avec d'autres instituts quantiques au Canada sont peu nombreux. Cependant, l'analyse comparative a révélé que les instituts quantiques souhaitent explorer d'autres possibilités de collaboration avec l'IIQ, au-delà de ce qui est facilité par le Fonds d'excellence en recherche Apogée Canada (FERAC). 

Ces enquêtes indiquent également qu'à l'échelle internationale, les participants sont surtout susceptibles de mentionner des activités de collaboration avec des chercheurs provenant de l'Amérique du Nord et de l'Europe. De plus, les enquêtes et les entretiens ont souligné l'importance du programme de visiteurs scientifiques de l'IIQ dans l'instauration d'un environnement permettant aux chercheurs de trouver d'éventuels collaborateurs. D'après les données, les membres du corps professoral font état en moyenne de 88 projets de collaboration actifs ou en cours par an dans 78 organisations particulières. Au cours de la période d'évaluation, l'IIQ a accueilli en moyenne quelque 139 visiteurs scientifiques par an. Chaque année, ces visiteurs provenaient en moyenne de 108 organisations particulières. Dans l'ensemble, 86 % des visiteurs viennent de l'extérieur du Canada. En outre, la documentation révèle que l'IIQ a conclu en tout 13 accords avec des universités et des organisations internationales afin de faciliter les projets de recherche collaboratifs et les visites d'échangeNote de bas de page 42. Ainsi, en 2016-2017, l'IIQ a conclu un accord avec le Beijing Computational Science Research Center afin de promouvoir les possibilités de coopération en matière d'éducation dans le cadre de projets de recherche conjoints et de programmes d'échange de boursiers postdoctoraux.

Les données indiquent que près de 70 % de toutes les publications des chercheurs de l'IIQ ont été rédigées en collaboration avec des chercheurs étrangers.

Résultats en matière d'avancement de la recherche et d'applications

Résultats de l'Institut Périmètre

Constatation : L'IP a contribué à d'importantes percées scientifiques en physique théorique et continue de faire progresser ce domaine. En outre, ses recherches sur la théorie quantique débouchent sur des applications en intelligence artificielle et soutiennent les entreprises en démarrage dans le domaine de l'informatique quantique, un nombre croissant de chercheurs de l'IP mettant à profit leurs connaissances dans le secteur privé.

Contribution aux percées scientifiques et application des connaissances et des compétences

Depuis 2016, 62 prix et distinctions notables ont été décernés pour récompenser les découvertes scientifiques importantes faites par des chercheurs de l'IP, dont 7 prix New Horizons (« les Oscars de la science »), soit plus que toute autre institution dans le monde. Les études de cas ont révélé que l'IP et ses chercheurs continuent de faire progresser la recherche en physique théorique et contribuent à des percées scientifiques en résolvant des questionnements de longue date et en explorant de nouvelles questions et idées. Par exemple, parmi les résultats de recherche générés à l'IP depuis 2016-2017, les enquêtes menées auprès du corps professoral et du PHQ ont révélé que plus de 90 % de tous les répondants disent que leurs recherches ont permis de poser de nouvelles questions ou d'explorer de nouvelles idées. En outre, 71 % des professeurs interrogés estiment que leurs recherches ont permis de résoudre une question ou un défi de longue date. La littérature laisse également voir que la recherche menée à l'IP a une incidence notable sur les avancées scientifiques, puisque 4,7 % des articles de l'IP font partie du 1 % des articles les plus cités dans le mondeNote de bas de page 43. Ce pourcentage représente plus du double de celui de l'ensemble des données canadiennes sur la physique et la science de l'espace, qui est de 2,2 %, et il est près de cinq fois supérieur à la moyenne mondiale, qui est de 1 %.

Bien que le modèle logique actuel de l'IP (voir l'annexe A) ne comprenne pas de résultats liés aux répercussions ou aux applications de la recherche en physique théorique, outre les publications, les études de cas ont permis de cerner des exemples notables de collaboration avec des instituts de recherche expérimentale et le secteur privé. En outre, les enquêtes ont révélé qu'au moins un chercheur de l'IP s'est vu accorder des droits de propriété intellectuelle. En particulier, 10 % des professeurs interrogés disent que leurs recherches les ont amenés à collaborer avec des entreprises technologiques en démarrage, notamment Universal Quantum Devices, Quantum Benchmark, QuantumLaf Inc. et Xanadu, ce qui témoigne de l'intérêt inattendu des chercheurs de l'IP pour les débouchés offerts par le secteur privé. En outre, l'examen de la documentation a révélé que 12 % des anciens boursiers postdoctoraux qui ont quitté l'IP entre 2015 et 2020 ont saisi leurs chances dans le secteur privé en menant une carrière dans la finance, l'analyse de données et des entreprises technologiques en démarrageNote de bas de page 44. De même, les enquêtes permettent de constater que de nombreux membres du PHQ actuel de l'IP mettent leurs connaissances et leurs compétences à profit dans le secteur privé canadien et que 12 % de tous les membres du PHQ interrogés ont l'intention de le faire après avoir terminé leurs études à l'IP.

La section suivante présente des exemples de résultats de recherche obtenus par l'IP entre 2016-2017 et 2019-2020.

Gravité forte

La recherche sur la gravité forte vise à comprendre les aspects théoriques et observationnels des systèmes dans lesquels la gravité est très forte.

L'initiative « Event Horizon Telescope » (EHT) a été créée en 2015 pour soutenir les efforts consentis par l'IP dans le dossier de l'EHT, collaboration réunissant 13 partenaires et plus de 50 institutions dans le monde. L'EHT, un télescope virtuel de diamètre effectif équivalent à celui de la Terre, vise à capturer des images de « trous noirs », qui sont des points dans l'espace où la gravité est très forte. En 2019, l'EHT a fait une percée scientifique en captant la première image de l'« horizon des événements » d'un trou noir, c'est-à-dire la frontière théorique qui empêche toute matière, même la lumière, de s'échapper du trou noir. Selon les études de cas, les chercheurs de l'IP ont contribué à l'EHT en se concentrant sur l'utilisation scientifique des données générées, ce qui a permis d'accéder à l'environnement dynamique qui entoure les trous noirs. Ce travail a consisté à créer des modèles mathématiques et à développer des logiciels d'analyse clés qui ont servi de fondement aux résultats présentés dans les publications présentant l'image d'un trou noir dans la galaxie Messier 87 (M87). Selon la littérature, cette image constitue la preuve la plus solide à ce jour de l'existence de l'horizon des événementsNote de bas de page 45.

En 2019, l'IP a lancé son initiative Ondes gravitationnelles et physique fondamentale afin de chercher de nouvelles façons d'exploiter les observations pour répondre aux questions de physique fondamentale. Les chercheurs obtiennent des prédictions qui permettront de faire progresser les détecteurs d'ondes gravitationnelles. Par exemple, les chercheurs de l'IP ont montré comment les trous noirs peuvent diagnostiquer la présence de nouvelles particules, donnant des signatures qui peuvent être vues par l'Observatoire d'ondes gravitationnelles par interféromètre laser (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory ou LIGO) ou tout futur télescope d'ondes gravitationnelles.

LE SAVIEZ-VOUS? M87 est la galaxie ayant la plus puissante source d'énergie radioélectrique connue, et en son cœur existe un trou noir; c'est ce même trou noir qui a été capturé en image par l'EHT. Quatre prix prestigieux récompensant l'excellence de la recherche ont été décernés à deux chercheurs de l'IP pour leur importante contribution à la percée scientifique faite par l'EHT.

Cosmologie

La recherche en cosmologie vise à comprendre les constituants et l'histoire de notre univers, ainsi que les règles qui régissent son origine et son évolution.

En 2017, l'IP a créé le Centre for the Universe (CFU), initiative axée sur la cosmologie. Le CFU complète le Waterloo Centre for Astrophysics de l'Université de Waterloo, qui se concentre principalement sur l'observation expérimentale. Les études de cas indiquent que les deux centres reconnaissent le fait que les avancées les plus importantes se produisent lorsqu'ils collaborent. Selon les données, l'IP participe à 12 projets de collaboration en matière d'observation expérimentale. Il participe notamment à l'Expérience canadienne de cartographie de l'intensité de l'hydrogène (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment ou CHIME), qui est un radiotélescope situé en Colombie-Britannique, en collaboration avec le Conseil national de recherches du Canada et plus de 50 chercheurs canadiens. Par rapport aux radiotélescopes traditionnels, CHIME est potentiellement beaucoup plus puissant et génère beaucoup plus de données. 

Les études de cas et les entretiens ont permis de constater que les chercheurs de l'IP ont élaboré plusieurs algorithmes pour analyser les données du CHIME et les ont mis en œuvre sous forme de logiciel. Ils ont ainsi obtenu une recherche de « sursauts radio rapides » (SRR) 100 fois plus rapide, ce qui a ouvert la voie à de nouvelles recherches et expériences. Les SRR sont des signaux radioélectriques clairs et ultrabrefs provenant de l'extérieur de notre galaxie, qui laissent les chercheurs perplexes depuis leur découverte en 2007. Le télescope canadien CHIME a découvert plus de 1 000 SRR, par rapport à 79 pour l'ensemble des autres télescopes, ce qui en fait le meilleur détecteur de SRR au monde. En outre, les responsables de CHIME ont également travaillé avec un partenaire industriel, Advanced Micro Devices (AMD), pour mettre à l'essai les puces informatiques de la prochaine génération.

LE SAVIEZ-VOUS? Le radiotélescope CHIME fait présentement l'objet d'une mise à niveau pour améliorer la résolution angulaire de ses balayages de SRR par un facteur de 100 000, grâce à un nouveau logiciel. Muni d'une puissance statistique huit fois supérieure, l'Observatoire canadien de l'hydrogène et détecteur de signaux radio transitoires (CHORD) est en cours de conception pour faire suite à CHIME.

Matière quantique

La recherche en matière quantique étudie le comportement d'un système comportant de nombreuses particules, également connu sous le nom de « systèmes à N corps ».

En 2018, l'IP a lancé son Laboratoire d'intelligence quantique (Perimeter Institute Quantum Intelligence Lab ou PIQuIL), qui est le tout premier laboratoire d'intelligence artificielle (IA) issu directement d'un institut de physique. Situé à l'IP, ce laboratoire travaille désormais en partenariat avec 1QBit, l'Institut Vector et le Conseil national de recherches du Canada. La recherche menée au PIQuIL porte sur l'apprentissage automatique et la matière quantique, en appliquant des algorithmes informatiques pour étudier des systèmes complexes comportant de nombreuses particules en interaction. L'IA renvoie à la simulation de l'intelligence humaine dans les machines, et l'apprentissage automatique est une forme d'IA qui permet à un système d'apprendre à partir de données plutôt que par l'entremise d'une programmation explicite.

D'après les études de cas, la documentation et les entretiens, les chercheurs du PIQuIL collaborent avec des laboratoires expérimentaux d'informatique quantique, dont l'IIQ, ainsi qu'avec les meilleurs théoriciens et praticiens de l'apprentissage automatique. En outre, des activités de collaboration avec des acteurs universitaires et industriels de premier plan, comme l'IIQ, Harvard, Google et IBM, offrent au PIQuIL un accès unique au matériel quantique le plus perfectionné. Le PIQuIL prend une part active au développement des logiciels d'IA de nouvelle génération pour la recherche scientifique et l'industrie. La littérature indique que ses chercheurs ont publié leurs résultats dans des revues à comité de lectureNote de bas de page 46. Selon les études de cas, ces chercheurs ont également conçu une plateforme logicielle ouverte (Apache 2.0) et des algorithmes pour la découverte assistée par l'IA. 

LE SAVIEZ-VOUS? Cinq chercheurs de 1QBit, une entreprise d'informatique quantique en démarrage située en Colombie-Britannique, ont été relocalisés au PIQuIL pour profiter de sa formation unique, des possibilités d'acquisition de compétences et des synergies de rechercheNote de bas de page 47. Communitech Data Hub, un incubateur d'entreprises à Waterloo, est le siège du PIQuIL.

Information quantique

La recherche en information quantique exploite les lois propres à la mécanique quantique dans le but de comprendre et d'utiliser les propriétés du monde quantique.

La recherche sur l'information quantique de l'IP est menée en coopération avec l'IIQ. Les recherches expérimentales de l'IIQ dans ce domaine complètent les recherches théoriques de l'IP et, selon les entretiens, cette collaboration est mutuellement profitable. 

D'après les études de cas et les entretiens, la « correction d'erreurs quantiques et le calcul quantique à tolérance aux anomalies » est un sujet actif. Cela nécessite le codage de « qubits » – l'unité fondamentale de l'information quantique – et l'étude des techniques nécessaires pour vérifier l'information et se protéger contre les erreurs qui se produisent dans le calcul quantique. Bien qu'aucune démonstration totalement convaincante de la tolérance aux anomalies n'ait été faite à ce jour, la documentation et la littérature indiquent que des chercheurs affiliés à l'IP et à l'IIQ ont établi un critère de principe qui doit être satisfait pour qu'une expérience démontre avec succès la tolérance aux anomaliesNote de bas de page 48. Il est probable que cette première démonstration deviendra une référence normalisée dans le cadre des tentatives de construction de grands ordinateurs quantiques. Ce domaine a également permis à des chercheurs affiliés à l'IP et à l'IIQ d'établir des liens avec l'industrie et de lancer de nouvelles entreprises.

LE SAVIEZ-VOUS? Tous les professeurs associés de l'IP en information quantique sont également professeurs à l'IIQ, et les boursiers postdoctoraux sont nommés conjointement. En 2019, le projet de recherche « Qfun » a été mis sur pied dans le cadre d'une coentreprise entre l'IP et l'IIQ afin de tirer parti des progrès effectués dans le domaine des technologies quantiques.

Recommandation : Le Secteur des sciences et de la recherche d'ISDE devrait collaborer avec l'IP pour élaborer des paramètres permettant de faire le suivi et de rendre compte de ses retombées sur la recherche expérimentale et les applications dans le secteur privé.

Résultats de l'Institut d'informatique quantique

Constatation : Bien que le développement des technologies quantiques n'en soit qu'à ses débuts, l'IIQ a fait des avancées expérimentales en science de l'information quantique. Des entreprises en démarrage, des brevets et des produits quantiques ont également vu le jour à la suite des recherches menées à l'IIQ, notamment dans des domaines comme l'informatique quantique et la détection quantique.

Avancement de la recherche en SIQ et progrès dans la conception de technologies

Les études de cas ont révélé que l'IIQ fait des progrès en ce qui a trait au développement d'applications technologiques. Selon les enquêtes menées auprès des membres du corps professoral de l'IIQC, près de 65 % des répondants estiment que leurs recherches ont permis de faire des progrès significatifs dans le développement d'au moins une application technologique. Même si environ un tiers des répondants du corps professoral disent ne pas avoir exploré, développé ou mis en application des usages pratiques de leur recherche, les autres répondants disent prendre part à un transfert de technologie direct ou indirect destiné à des produits, processus ou services commerciaux nouveaux ou améliorés (p. ex., le brevetage). En outre, près de 25 % des répondants du personnel hautement qualifié disent avoir exploré des applications de sécurité (p. ex., des réseaux de communication plus sécurisés). Les données indiquent qu'en 2019-2020, les professeurs de l'IIQ détenaient collectivement 47 brevets, et que 94 autres brevets sont en attente d'approbation. 

Comme l'indique son modèle logique (voir l'annexe B), l'IIQ offre à ses chercheurs un soutien à la précommercialisation sous forme d'ateliers, de cours, de formation et de mentorat. Les études de cas ont révélé que les chercheurs de l'IIQ se lancent dans la commercialisation en créant de nouvelles entreprises. Le nombre total d'entreprises en démarrage issues de l'IIQ est ainsi passé de 3 en 2014-2015 à 14 en 2019-2020, ce qui, selon les entretiens, s'explique par l'accent accru mis sur l'application et les technologies dans le domaine de la SIQ. En outre, la documentation et les données indiquent que les diplômés de l'IIQ recherchent de plus en plus les débouchés dans le secteur privé. Depuis 2014-2015, la proportion de diplômés de l'IIQ travaillant pour l'industrie a plus que doublé, passant de 16 % à 33 %Note de bas de page 49.

La section suivante donne des exemples de résultats obtenus par l'IIQ dans chacun de ses domaines de recherche.

Informatique quantique

La recherche en informatique quantique exploite le comportement quantique des atomes, des molécules et des circuits nanoélectroniques pour créer un mode de calcul radicalement différent et fondamentalement plus puissant.

Les enquêtes et les études de cas donnent à penser que la majorité des membres du corps professoral de l'IIQ travaillent dans le domaine de l'informatique quantique, trois professeurs sur quatre disant mener des recherches dans ce domaine, et plusieurs travaillent aussi dans d'autres domaines de la SIQ. Tout comme les chercheurs en information quantique de l'IP, les chercheurs en informatique quantique de l'IIQ semblent couvrir une vaste gamme de sujets de recherche. Ainsi, les chercheurs de l'IIQ ont mené des expériences qui utilisent et contrôlent les processeurs quantiques existants (qui ont des limites) pour simuler des phénomènes relevant de la physique. Ils ont ainsi pu déterminer si les phénomènes prédits en théorie existent bel et bien en réalité et peuvent mener à des simulations de problèmes en physique qui étaient auparavant considérés comme impossibles à résoudre. En 2019-2020, un chercheur de l'IIQ a utilisé un processeur quantique pour simuler une propriété de la gravité quantique qui reposait auparavant essentiellementsur la théorieNote de bas de page 50.

LE SAVIEZ-VOUS? Ensemble, l'IP et l'IIQ réunissent l'un des groupes de théoriciens et d'expérimentateurs de la SIQ les plus importants et les plus prolifiques au mondeNote de bas de page 51. Les chercheurs de l'IIQ ont commencé à simuler des phénomènes quantiques qui étaient jusque-là essentiellement théoriques, comme la gravité quantique, un des domaines de recherche actuels de l'IPNote de bas de page 52.

En 2019-2020, d'après les études de cas, les chercheurs de l'IIQ ont mis au point une nouvelle méthode appelée « étalonnage cyclique » pour mesurer et corriger les erreurs qui se produisent dans l'informatique quantique, établissant ainsi la norme servant aujourd'hui comparer les technologies quantiques et leurs qualités. Cette méthode est considérée comme une percée dans les efforts consentis à l'échelle mondiale pour concevoir un ordinateur quantique et, selon les entretiens, elle est la norme mondiale pour la correction et la caractérisation des erreurs. Les chercheurs de l'IIQ ont transposé cette méthode en logiciel, qui a éventuellement mené à leur nouvelle entreprise Quantum Benchmark. Les études de cas indiquent que ce logiciel a eu une incidence notable sur la façon dont les dispositifs quantiques sont mis à l'essai et qu'il contribue à l'élaboration de normes de rendement de l'informatique quantique à l'échelle mondiale. 

Les études de cas donnent également à penser que les chercheurs de l'IIQ font des progrès dans le domaine des algorithmes de calcul quantique. La recherche sur les algorithmes de l'informatique quantique vise surtout à comprendre les éventuelles applications des ordinateurs quantiques universels et des dispositifs quantiques précoces actuellement disponibles qui présentent des limites. D'après les entretiens et la documentation, les chercheurs de l'IIQC ont conçu de nouveaux modèles pour l'informatique quantique, notamment des algorithmes qui peuvent surpasser tout algorithme classique, et ce travail a été publié dans la revue Science. Les études de cas ont révélé que la recherche sur l'informatique quantique menée à l'IIQ porte également sur d'autres sujets, comme la compréhension et la classification des problèmes que les ordinateurs quantiques pourraient résoudre à court et moyen terme, et la simulation d'ordinateurs quantiques à l'aide d'ordinateurs classiques.

LE SAVIEZ-VOUS? Des entreprises technologiques comme Google et IBM utilisent le logiciel de correction des erreurs quantiques mis au point par des chercheurs de l'IIQNote de bas de page 53. Trois produits ont été mis sur le marché par les entreprises en démarrage issues de l'IIQ, qui fournissent des progiciels de correction d'erreurs quantiques, de cryptographie à sécurité quantique et de services liés à la science quantiqueNote de bas de page 54.

Détection quantique

La recherche sur la détection quantique applique la mécanique quantique pour mettre au point de nouveaux capteurs offrant une augmentation significative de la sensibilité, de la sélectivité et de l'efficacité.

Les études de cas et les entretiens indiquent que les chercheurs de l'IIQ continuent à faire des progrès dans le développement et la commercialisation de capteurs quantiques et à lancer de nouvelles entreprises. Les chercheurs ont développé un nouveau prototype de capteur quantique capable de surpasser les technologies commerciales existantes. Ce nouveau capteur devrait présenter des avantages pour les applications de détection, notamment une meilleure surveillance des doses pour les traitements contre le cancer. Ainsi, un professionnel de la santé pourrait surveiller précisément les doses dans le traitement du cancer, en s'assurant que la dose fournie est suffisante pour tuer les cellules cancéreuses sans tuer les cellules saines. Les autres avantages comprennent notamment l'imagerie 3D à plus haute résolution, l'amélioration de l'imagerie depuis l'espace et la télédétection par laser. Ce nouveau capteur repose sur des nanofils semi-conducteurs qui peuvent détecter des particules uniques de lumière – un photon unique – à une vitesse et avec une efficacité élevées sur une gamme de longueurs d'onde inégalée. Actuellement, aucun dispositif offert sur le marché n'est capable de faire de même. Ayant fait ses preuves en laboratoire, ce prototype de capteur quantique s'accompagne de composants électroniques et d'un système de refroidissement portable pour être mis à l'essai en dehors du laboratoire, l'objectif étant de le commercialiser dans les trois à cinq prochaines années. Les études de cas donnent à penser que le capteur quantique sera bientôt transféré du groupe de recherche à la nouvelle entreprise des chercheurs, Single Quantum Systems, dont le lancement est prévu en 2021.

LE SAVIEZ-VOUS? De tous les domaines de la SIQ, c'est la détection quantique qui présente actuellement le plus grand nombre d'applications technologiques, actuelles et éventuelles, et qui est la plus susceptible de produire des bénéfices à court termeNote de bas de page 55. Les chercheurs de l'IQC sont parvenus à mettre au point un nouveau prototype de capteur quantique, décrit comme un capteur quantique de nouvelle génération.

D'autres données probantes tirées des entretiens et de l'examen de la documentation montrent que d'autres chercheurs produisent également des dispositifs de détection quantique qui présentent des avantages prometteurs dans de nombreux domaines d'application. Par exemple, un chercheur de l'IIQ travaille actuellement en collaboration avec l'École d'optométrie de l'Université de Waterloo pour mettre au point un microscope à lumière structurée qui pourrait permettre aux optométristes d'imager et de suivre la physiologie de l'œil afin de détecter la dégénérescence de la zone centrale de la rétine avant l'apparition de symptômes. L'entreprise de détection quantique de ce chercheur, High Q Technologies LP, a été lancée en 2018 et met son expertise à la disposition de la communauté microbiologique. Selon la documentation, les capteurs de ce microscope sont 100 000 fois plus sensibles que les technologies existantesNote de bas de page 56.

Les entretiens et la documentation indiquent que des progrès sont également réalisés en vue de concevoir la technologie des radars quantiques. Le radar quantique repose sur une technique de détection appelée « illumination quantique » pour détecter et recevoir de l'information provenant d'objets, mais cette technique n'a été étudiée qu'en laboratoire et non sur le terrain. L'examen de la documentation a montré qu'en 2018-2019, les chercheurs de l'IIQ, en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Sherbrooke et de Recherche et développement pour la défense Canada (RDDC), ont réussi à faire la toute première démonstration expérimentale d'un radar antibruit à amélioration quantique, lequel pourrait avoir des applications pratiques pour la technologie des radars actuelleNote de bas de page 57. Les chercheurs ont démontré que le processus quantique surpasse un radar classique par un facteur de 10, permettant la détection d'objets plus petits, plus rapides et plus éloignés, tout en rendant le radar lui-même moins détectable.

LE SAVIEZ-VOUS? Les chercheurs de l'IIQ sont à mettre au point un dispositif de détection quantique qui permettra de détecter la dégénérescence de l'œil. Le ministère de la Défense nationale a investi 2,7 millions de dollars dans un projet dirigé par l'IIQ en vue de concevoir une technologie de radar quantique qui permettrait d'isoler des objets, comme des missiles, avec une précision inégalée.

Communication quantique

La recherche en communication quantique vise à instaurer des canaux de communication ultra-sécurisés et des réseaux quantiques mondiaux en exploitant la puissance du monde quantique.

Lorsque les ordinateurs quantiques apparaîtront, leur puissance de traitement sera capable de casser les codes de chiffrement utilisés par la technologie actuelle pour protéger les données de nature privée et délicate. La technologie de distribution quantique de clé a été créée pour répondre à cette menace en assurant la confidentialité de l'information transmise entre deux parties. L'information est transmise à l'aide de particules de lumière appelées « photons » et des lois de la physique quantique pour créer des clés de chiffrement privées entre les utilisateurs. La cryptographie quantique permet à deux parties de produire une clé secrète commune qu'elles seules connaissent et qui peut ensuite être utilisée pour chiffrer et déchiffrer des messages. L'une des propriétés propres à la cryptographie quantique est sa capacité à détecter la présence de toute tierce partie tentant d'intercepter la clé. Selon la documentation, des dispositifs de cryptographie quantique terrestres sont aujourd'hui offerts sur le marché, mais leur capacité est limitée puisqu'ils sont tributaires des câbles à fibres optiques terrestres qui limitent la distance à 200 kilomètresNote de bas de page 58. Les systèmes de cryptographie quantique par satellite offrent la meilleure solution pour dépasser cette limite de distance de la technologie actuelle. Les études de cas et les entretiens ont montré que les efforts de l'IIQ pour faire la démonstration de communications ultra-sécurisées via des satellites mondiaux ont progressé et contribuent à l'objectif ultime d'établir un réseau de communication quantique sécurisé à l'échelle mondiale.

LE SAVIEZ-VOUS? Au début des années 2000, des chercheurs de l'IIQ et de l'IP ont collaboré et ont démontré avec succès la DQC. Les chercheurs de l'IIQ ont mis au point de nouveaux outils et techniques pour analyser les protocoles de distribution quantique de clé reposant sur des dispositifs de communication optique compatibles avec les infrastructures de télécommunications courantesNote de bas de page 59.

Selon l'examen de la documentation, la mission canadienne QEYSSat (pour Quantum Encryption and Science Satellite) vise à faire la démonstration de la technologie de distribution quantique de clédans l'espace et devrait être lancée en 2022. En 2017-2018, les chercheurs de l'IIQ ont mis au point un prototype de récepteur qui a permis de faire une démonstration réussie des premières transmissions de cryptographie quantique d'un émetteur terrestre vers une « charge utile » quantique – une source de photons intriqués – dans un avion en mouvement. On a ainsi pu démontrer que la technologie était viable. À la suite de cette validation de principe, l'Agence spatiale canadienne a attribué un contrat de 30 millions de dollars à Honeywell en 2019 pour la phase de conception et de mise en œuvre de QEYSSat qui vise à faire une démonstration technologique de la cryptographie quantique dans l'espace.

En outre, en 2020, les chercheurs de l'IIQ ont remporté le nouveau concours Canada–Royaume-Uni dans le domaine des technologies quantiques, organisé conjointement par le ministère britannique de la Recherche et de l'Innovation et le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) dans le but d'accélérer le développement des technologies quantiques et de fournir des preuves tangibles de leur incidence sur l'économie et la société. L'IIQ collaborera avec des partenaires du milieu universitaire et du secteur privé, au Canada et au Royaume-Uni, pour démontrer la capacité de la technologie quantique à protéger les réseaux de communication commerciaux et nationaux. Les chercheurs essaieront d'intégrer un émetteur quantique à QEYSSat pour démontrer les liens entre les stations terrestres au Canada et au Royaume-Uni. L'éventuelle application de cette technologie permettra notamment une protection améliorée des renseignements personnels et des réseaux de communication commerciaux et nationaux fondés sur des codes de sécurité inviolables.

LE SAVIEZ-VOUS? L'Agence spatiale canadienne a accordé à l'IIQC 1,5 million de dollars en 2017 en tant que responsable scientifique de la mission canadienne QEYSSat (Quantum Encryption and Science Satellite). Le concours Canada–Royaume-Uni dans le domaine des technologies quantiques est le tout premier partenariat dirigé par l'industrie entre deux pays en vue développer des technologies quantiques.

Matériaux quantiques

La recherche sur les matériaux quantiques consiste à concevoir des matériaux dotés de propriétés quantiques uniques afin de développer des processeurs et des dispositifs quantiques avancés.

Les études de cas, les entretiens et la documentation donnent à penser que l'IIQ a fait certaines avancées dans la recherche sur les matériaux quantiques au cours de la période d'évaluation. Ainsi, les chercheurs de l'IIQ ont fait la démonstration d'un dispositif ayant une réponse extrêmement importante à un champ magnétique, ce qui pourrait éventuellement conduire à des avancées dans le développement de technologies quantiques. Ce dispositif utilise une combinaison de matériaux quantiques bidimensionnels (2D) dont les propriétés favorisent la construction de dispositifs quantiques. Selon les entretiens, ce travail expérimental pourrait constituer une percée pour la technologie de la mémoire magnétique et d'autres applications, notamment le stockage d'énergie à haute capacité et la transmission d'électricité sans perte. 

Les chercheurs de l'IIQ ont également travaillé avec le National Institute for Standards and Technology des États-Unis pour faire la démonstration d'une nouvelle méthode d'étude des matériaux magnétiques. En outre, des chercheurs de l'IIQ ont mesuré un champ magnétique local très important et ont généré un courant à partir du spin de l'électron – propriété quantique qui décrit un électron en rotation – dans un nouveau matériau quantique. Selon la documentation, cette découverte ouvre la voie à des dispositifs électroniques qui exploitent le spin des électrons et qui sont plus rapides et plus efficaces sur le plan énergétique que les technologies existantesNote de bas de page 60.

LE SAVIEZ-VOUS? Pour soutenir les efforts de lutte du Canada contre la COVID-19, l'Installation de fabrication et caractérisation nanométriques quantiques de l'IIQ, infrastructure essentielle pour la recherche sur les matériaux quantiques, est utilisée pour étudier l'efficacité des masques réutilisés ainsi que celle des revêtements antiviraux sur les tissus utilisés dans la fabrication des masques N95.

Constatations – Efficience

Conception et exécution de programme de l'Institut Périmètre

Constatation : Le financement d'ISDE a aidé l'IP à attirer des investissements financiers du secteur privé. En outre, il a donné à l'IP la souplesse nécessaire pour mener de nouveaux projets de recherche, faisant ainsi du partenariat public-privé une approche efficace pour soutenir la recherche en physique théorique.

Financement public-privé pour soutenir la recherche en physique théorique

Depuis sa création, l'IP a bénéficié d'importants investissements publics et privés. ISDE et le gouvernement de l'Ontario ont chacun pris l'engagement de verser 10 millions de dollars par an dans le cadre de plusieurs accords quinquennaux allant de 2007 à 2022. Le troisième accord de financement quinquennal conclu avec ISDE prendra fin en 2021-2022. La documentation et les entretiens indiquent que l'IP est la pierre angulaire de l'écosystème de la Quantum Valley de la région de Waterloo et qu'il a contribué à catalyser la création de l'IIQ. Dans l'ensemble, l'IP contribue à faire en sorte que le Canada reste concurrentiel sur la scène internationale dans les domaines de la physique théorique et de la recherche en SIQ. Toujours selon la documentation et les entretiens, le regroupement de l'IP et de l'IIQ sous le même toit est efficace et favorise l'atteinte des objectifs de recherche en créant une relation symbiotique dans laquelle les théoriciens et les expérimentateurs peuvent interagir et collaborer. 

Les données indiquent que le financement d'ISDE représente 31 % du financement total de l'IP, lequel se compose d'environ 21 millions de dollars d'engagements et de promesses, ainsi que de 69 millions de dollars en fonds garantis provenant de donateurs privés, comme des sociétés, des fondations et des philanthropes, à recevoir au-delà de 2019-2020. Les entretiens donnent à penser que le financement d'ISDE est crucial pour obtenir des investissements d'autres sources, notamment du gouvernement provincial et du secteur privé. Il a également été noté lors des entretiens que le financement d'ISDE aide à soutenir l'IP à son échelle actuelle et lui permet de poursuivre simultanément sa recherche dans plusieurs domaines de physique théorique. L'approche de partenariat public-privé offre également à l'IP la souplesse nécessaire pour saisir rapidement et efficacement des occasions de recherche uniques afin de positionner le Canada à l'avant-garde des progrès et des percées en recherche. Les entretiens n'ont pas cerné d'approche plus efficace que le modèle de financement public-privé, qui est une synergie entre le gouvernement, l'industrie et la philanthropie. En particulier, les entretiens ont révélé que la combinaison du soutien financier public et privé donne aux donateurs privés l'assurance d'une gestion et d'une supervision solides, qu'elle garantit l'harmonisation des activités avec l'intérêt public général et qu'elle renforce l'incidence globale de l'investissement du secteur public.

Figure 1
Version textuelle
Source de financement Financement de 2016-2017 à 2019-2020
Financement d'ISDE 40 000 000 $
Financement mobilisé :

Financement garanti

69 362 000 $

Engagements et promesses

21 098 000 $
Financement total 130 460 000 $

Structure organisationnelle unique et accès aux programmes fédéraux

L'analyse comparative a révélé que le modèle de financement de l'IP est plus diversifié que celui des autres instituts canadiens de physique théorique qui existent au sein d'établissements universitaires. Cependant, vu l'indépendance de l'IP par rapport à une université, en tant qu'institut de recherche à but non lucratif, la documentation et les entrevues ont révélé que l'accès aux possibilités de financement fédéral traditionnelles qui soutiennent la recherche postsecondaire est plus limité (p. ex. le CRSNG)Note de bas de page 61. À ce titre, les chercheurs sont surtout soutenus par le financement obtenu par l'IP. Le soutien d'ISDE semble donc jouer un rôle clé pour combler les lacunes de financement dans les programmes fédéraux d'un organisme de recherche à but non lucratif comme l'IP, dont les domaines de recherche sont similaires à ceux que l'on observerait dans les établissements d'enseignement postsecondaires. Le financement d'ISDE a permis à l'IP d'offrir un milieu de recherche unique et de réduire au minimum les obligations imposées aux chercheurs en matière d'administration et d'enseignement. D'après les entretiens et la documentation, le financement d'ISDE a offert à l'IP la souplesse nécessaire pour transformer son programme de recherche et réorienter rapidement son ensemble de projets de recherche afin que le Canada demeure concurrentiel dans le domaine de la recherche en physique théorique.

L'analyse des données a révélé que les chercheurs de l'IP ont collectivement reçu quelque 9,8 millions de dollars en subventions de recherche de 2016-2017 à 2019-2020, ce qui inclut le financement du CRSNG et de l'Institut canadien de recherches avancées (ICRA). Cependant, de nombreux chercheurs de l'IP n'ont pas accès au même soutien fédéral que les chercheurs universitaires, qui peuvent solliciter un soutien auprès de plusieurs programmes du CRSNG. Plus précisément, ils sont limités par les règles d'admissibilité des programmes de subventions canadiens. Quant aux programmes de financement du CRSNG, la documentation et les entretiens indiquent que les chercheurs de l'IP ne sont admissibles qu'au Programme de subventions à la découverte du CRSNG et, là encore, ils se buttent à d'importantes restrictions (p. ex., les fonds ne peuvent servir qu'à financer des étudiants). Par exemple, les professeurs de l'IP ne peuvent présenter une demande qu'en tant que professeurs de leur établissement d'attache, et les fonds de la subvention sont versés directement à cet établissement, et non à l'IP. De 2015 à 2019, les chercheurs de l'IP ont ainsi reçu collectivement quelque 2 millions de dollars dans le cadre du Programme de subventions à la découverte du CRSNG. Les répondants à l'enquête ont également indiqué que cette subvention peut être suffisante pour soutenir les étudiants diplômés d'un membre du corps professoral, mais l'une de ses principales limites est qu'elle ne peut servir à soutenir les boursiers postdoctoraux qui, selon les données, représentaient 60 % de la communauté de chercheurs résidents de l'IP en 2019-2020. Les enquêtes ont également révélé que le soutien financier de l'IP est essentiel pour couvrir les dépenses liées aux boursiers postdoctoraux ainsi qu'aux chercheurs visiteurs. En outre, les études de cas indiquent que l'IP a collaboré avec le Conseil national de recherches du Canada pour attirer les meilleurs étudiants et boursiers postdoctoraux qui feront progresser la recherche dans deux domaines de l'IP, soit l'intelligence artificielle dans le cadre du PIQuIL et la cosmologie au moyen du télescope CHIME. 

Les enquêtes ont révélé que les professeurs de l'IP qui ont dit avoir reçu un financement fédéral en dehors de l'appui à l'IP ont tous indiqué que ce financement leur avait été versé sous forme d'une subvention à la découverte du CRSNG.

Conception et exécution de programme de l'Institut d'informatique quantique

Constatation : Le financement d'ISDE a aidé l'IIQ à faire progresser ses objectifs de recherche et à établir une expertise. En outre, le partenariat public-privé est une approche efficace pour soutenir la recherche quantique au Canada.

Financement public-privé pour soutenir la recherche en science quantique

Le budget de 2009 avait alloué 50 millions de dollars sur cinq ans à l'IIQ pour soutenir la construction et l'établissement d'une nouvelle installation de recherche de calibre mondial. Le budget de 2014 a renouvelé le financement à hauteur de 14,975 millions de dollars sur trois ans, puis à hauteur de 10 millions de dollars sur deux ans dans le budget de 2017. Plus récemment, le financement a été renouvelé en fonction d'une somme de 15 millions de dollars sur trois ans dans le budget de 2018, à compter de 2019-2020. Selon la documentation, l'IIQ a également reçu un soutien financier opérationnel du gouvernement de l'Ontario, lequel a pris fin en 2018-2019. Les données indiquent que de 2014-2015 à 2019-2020, l'IIQ a obtenu un financement total d'autres sources, évalué à environ 5 fois celui du financement total d'ISDE. Le financement garanti de l'IIQ, qui se chiffre à environ 153 millions de dollars, comprend des investissements provenant d'autres ministères et organismes fédéraux, du gouvernement provincial et du secteur privé.

Figure 2
Version textuelle
Source de financement Financement de 2014-2015 à 2019-2020
Financement d'ISDE 29 975 000 $
Financement mobilisé 153 229 060 $
Financement total 183 204 060 $

Selon les entretiens, le financement de l'IIQ par ISDE lui permet d'obtenir des investissements d'autres sources, en particulier d'investisseurs du secteur privé qui considèrent le financement fédéral comme un signal du soutien du Canada à la recherche quantique. Les entretiens indiquent également que le partenariat public-privé est important pour l'IIQ, vu ses efforts pour traduire la recherche en commercialisation. En outre, il semble que le financement d'ISDE ait permis à l'IIQ d'embaucher des professeurs à plus long terme et d'offrir des forfaits de démarrage pour les laboratoires et l'équipement. Ce financement a également permis de financer le salaire du personnel technique de l'Installation de fabrication et caractérisation nanométriques quantiques et de fournir des ressources pour les activités de sensibilisation. Les entretiens ont notamment révélé que le financement d'ISDE a permis à l'IIQ d'attirer des fonds du CRSNG et du Fonds d'excellence en recherche Apogée Canada (FERAC) et, selon les études de cas, du ministère de la Défense nationale et de l'Agence spatiale canadienne.

Accès aux possibilités de financement pour les chercheurs en science quantique au Canada

En 2016-2017, l'IIQ, par l'entremise de l'Université de Waterloo, a reçu 76,3 millions de dollars en fonds fédéraux dans le cadre du FERAC afin de mettre en œuvre le programme Technologies quantiques transformatrices (TQT). La documentation et les données révèlent que le Fonds de démarrage en développement quantique, initiative du programme TQT, fournit des fonds aux chercheurs de l'IIQ, ainsi qu'à la grande communauté de Waterloo, afin de développer de nouvelles idées et applications pour les dispositifs quantiques. En ce qui concerne les autres mesures de soutien fédérales, la documentation indique que les chercheurs en sciences quantiques ont reçu des fonds dans le cadre de programmes comme le Fonds stratégique pour l'innovation stratégique (FSI) et l'Initiative des supergrappes d'innovationNote de bas de page 62. Par exemple, grâce au FSI, une jeune entreprise de l'IIQ, High Q Technologies, a reçu 6,5 millions de dollars en 2019-2020 pour développer de nouvelles technologies quantiques qui pourraient permettre de sauver des vies en traitant des maladies. D'autres entreprises qui mènent des activités de recherche quantique, comme ISARA, Cognitive Systems et le Quantum Valley Ideas Lab, ont également été financées par le FSI. En outre, la Supergrappe des technologies numériques a soutenu des projets de développement de talents dans le domaine de l'informatique quantique en partenariat avec l'Université de la Colombie-Britannique, Microsoft et l'entreprise d'informatique quantique D-wave. 

L'examen de la documentation et les entretiens ont révélé que les chercheurs de l'IIQ ont accès à des fonds provenant de diverses sources, y compris des fonds non gouvernementaux provenant de l'ICRA et de la Fondation canadienne pour l'innovation (FCI). L'analyse comparative a révélé que le CRSNG, la FCI, l'ICRA et les gouvernements provinciaux respectifs semblent être des sources communes de financement pour les chercheurs des autres instituts de recherche quantique au Canada. Cependant, ces autres sources ne fournissent pas le même type ou la même échelle de soutien que le financement d'ISDE et du FERAC. Par exemple, l'ICRA apporte un soutien en SIQ en finançant la création d'un réseau de recherche dans le cadre d'ateliers et de conférences. Selon les entretiens, l'ICRA verse environ 25 000 $ par chercheur, mais ce financement est précieux en raison de sa flexibilité qui permet aux chercheurs de réparer l'équipement au besoin. De plus, les entretiens suggèrent que, sans le financement de l'ICRA, l'IIQ n'aurait peut-être pas été en mesure d'acquérir une expertise, de poursuivre des recherches dans de nombreux domaines de la SIQ ou de mener des recherches quantiques à plus grande échelle.

Les enquêtes indiquent que, parmi les répondants du corps professoral qui ont reçu une aide du gouvernement fédéral pour leurs activités de recherche, 60 % étaient soutenus financièrement par le programme Technologies quantiques transformatrices de l'Université de Waterloo, financé par le Fonds d'excellence en recherche Apogée Canada.

Conclusions

Pertinence

Il est nécessaire de continuer à soutenir la physique théorique et la recherche quantique afin de faire progresser le développement technologique et de maintenir la compétitivité du Canada dans ces domaines par rapport aux autres pays.

Institut Périmètre

L'IP est unique par l'étendue de ses domaines de recherche en physique théorique, son rôle dans la mise en relation des chercheurs en physique et son environnement de recherche distinct. En mettant l'accent sur la théorie, il joue un rôle complémentaire dans la recherche quantique par rapport à l'IIQ, et sa proximité physique facilite la collaboration et le partenariat.

Institut d'informatique quantique

L'IIQ joue un rôle de premier plan dans les efforts déployés par le Canada pour développer des technologies quantiques, en menant des recherches multidisciplinaires en SIQ qui nécessitent des travaux à la fois théoriques et expérimentaux. Ses recherches sont uniques dans l'écosystème de la Quantum Valley et complètent les forces qui ont émergé au sein des instituts d'autres régions du Canada.

Rendement

L'IP et l'IIQ ont démontré des résultats en matière de sensibilisation et de mobilisation, de renforcement des capacités et de formation, ainsi que d'avancement de la recherche et d'applications.

Institut Périmètre

L'IP continue d'offrir des programmes efficaces de sensibilisation et de mobilisation qui ciblent des publics diversifiés au Canada et à l'étranger. L'IP voit également en priorité à promouvoir la physique auprès des jeunes afin d'accroître l'intérêt envers ce domaine et de créer un bassin de talents diversifié pour la prochaine génération de chercheurs. L'IP a réussi à tirer parti de divers talents canadiens et étrangers grâce à sa capacité à offrir des nominations conjointes aux chercheurs en collaboration avec des établissements partenaires, ainsi que des programmes de recrutement uniques. Il continue à renforcer sa capacité de recherche et à offrir une formation de calibre mondial en physique théorique. L'IP a contribué à d'importantes percées scientifiques en physique théorique et continue de faire progresser ce domaine. En outre, ses recherches en théorie quantique débouchent sur des applications en intelligence artificielle et soutiennent les entreprises en démarrage dans le domaine de l'informatique quantique, un nombre croissant de chercheurs de l'IP mettant à profit leurs connaissances dans le secteur privé.

Institut d'informatique quantique

Les programmes de sensibilisation et de mobilisation de l'IIQ sont efficaces pour susciter l'intérêt du grand public canadien envers la science de l'information quantique, en particulier celui de divers élèves du secondaire et étudiants universitaires de premier cycle. De plus, les activités de sensibilisation de l'IIQ auprès du milieu des affaires sont principalement axées sur les activités de précommercialisation. L'IIQ a réussi à renforcer sa capacité de recherche grâce à son accès à une infrastructure de pointe et à l'écosystème de la Quantum Valley. Il continue d'attirer des talents divers, de soutenir la formation de la prochaine génération de chercheurs en sciences quantiques et de faciliter la collaboration internationale en matière de SIQ. Bien que le développement des technologies quantiques n'en soit qu'à ses débuts, l'IIQ a fait des avancées expérimentales en SIQ. Des entreprises en démarrage, des brevets et des produits quantiques ont également vu le jour à la suite des recherches menées à l'IIQ, notamment dans des domaines comme l'informatique quantique et la détection quantique.

Efficience

Le partenariat public-privé est une approche efficace et efficiente pour soutenir la physique théorique et la recherche quantique au Canada.

Institut Périmètre

Le financement d'ISDE a aidé l'IP à attirer des investissements financiers du secteur privé. En outre, ce financement a donné à l'IP la souplesse nécessaire pour mener de nouveaux projets de recherche, faisant ainsi du partenariat public-privé une approche efficace pour soutenir la recherche en physique théorique.

Institut d'informatique quantique

Le financement d'ISDE a aidé l'IIQ à faire progresser ses objectifs de recherche et à établir une expertise. En outre, le partenariat public-privé est une approche efficace pour soutenir la recherche quantique au Canada.

Les constatations des évaluations ont donné lieu à deux recommandations :

  • Le Secteur des sciences et de la recherche d'ISDE devrait collaborer avec l'IP pour élaborer des paramètres permettant de faire le suivi et de rendre compte de ses retombées sur la recherche expérimentale et les applications dans le secteur privé.
  • Le Secteur des sciences et de la recherche d'ISDE devrait surveiller le paysage de la recherche quantique au Canada de manière plus générale, y compris les forces complémentaires qui se développent au sein des instituts de recherche dans l'ensemble du Canada.

Annexe A : Modèle logique de l'IP

Version textuelle

L'annexe A présente un modèle logique de l'Institut Périmètre de physique théorique. Le modèle logique vient montrer comment les activités du programme devraient produire des extrants et comment ceux-ci devraient mener à différents résultats.

La section de gauche du modèle logique décrit les activités et les extrants du programme. Les activités du programme sont réparties entre les activités réalisées par Innovation, Sciences et Développement économique Canada et les activités réalisées par l'Institut Périmètre de physique théorique.

Innovation, Sciences et Développement économique Canada est responsable de deux activités :

  • Administrer l'accord de contribution
  • Faire le suivi des plans et des progrès de l'Institut Périmètre

L'Institut Périmètre de physique théorique est responsable de quatre activités :

  • Conception et planification du programme
  • Développement des affaires et des partenariats
  • Suivi
  • Production de rapports

Ces activités mènent à deux extrants :

  • Activités et ressources du programme de l'Institut Périmètre
  • Plans d'entreprise et rapports annuels

Une flèche menant à la section de droite du modèle logique indique que ces activités et extrants mènent à différents résultats à court terme, à moyen terme et à long terme.

À court terme, quatre effets sont prévus :

  • Des collaborations nationales et internationales sont nouées et maintenues
  • Des étudiants de haut niveau sont attirés par les programmes de formation de l'Institut et y participent
  • Les enseignants sont attirés par les possibilités de formation des éducateurs de l'Institut et y participent
  • Le public canadien est mieux informé des avantages de la science et de la recherche en physique théorique

À moyen terme, trois effets sont prévus :

  • Publication de projets de recherche novateurs et de haute qualité
  • Les anciens étudiants du programme d'études postdoctorales de l'Institut sont activement recrutés par les employeurs
  • Intérêt accru pour la valeur des sciences et de la physique au sein du public

Ces effets contribuent à trois résultats distincts pour l'Institut Périmètre :

  • Renforcer la capacité de l'Institut à entreprendre des recherches de niveau international
  • Développer la capacité de l'Institut à attirer et former la prochaine génération de chercheurs en physique théorique
  • Améliorer et développer la capacité de l'Institut à faire progresser le niveau de connaissances et l'intérêt du public canadien à l'égard de la valeur des sciences, de la physique et de l'innovation grâce à ses activités de sensibilisation

À long terme, un effet est prévu :

  • Le Canada est un chef de file mondial de la recherche en physique théorique

Annexe B : Modèle logique de l'IIQ

Version textuelle

L'annexe B présente un modèle logique de l'Institut d'informatique quantique. Le modèle logique vient montrer comment les activités du programme devraient produire des extrants et comment ceux-ci devraient mener à différents résultats.

La section de gauche du modèle logique décrit les activités et les extrants du programme. Les activités du programme sont réparties entre les activités réalisées par Innovation, Sciences et Développement économique Canada et les activités réalisées par l'Institut d'informatique quantique.

Innovation, Sciences et Développement économique Canada est responsable de deux activités :

  • Administrer l'accord de contribution
  • Faire le suivi des plans et des progrès de l'Institut d'informatique quantique

L'Institut d'informatique quantique est responsable de six activités :

  • Conduite de recherches en Science de l'information quantique
  • Recrutement de nouveaux professeurs et de boursiers postdoctoraux pour l'Institut d'informatique quantique
  • Formation de jeunes chercheurs
  • Activités de démarrage de laboratoire
  • Sensibilisation scientifique et éducative
  • Travaux de précommercialisation

Ces activités mènent à sept extrants :

  • Augmentation en nombre et en taille des collaborations, des réseaux de recherche et des nouveaux projets
  • Augmentation du nombre de chercheurs attirés par l'Institut d'informatique quantique ou de nouveaux membres de l'Institut
  • Augmentation des inscriptions aux cours, aux laboratoires et aux programmes d'études supérieures; augmentation des possibilités pour les étudiants d'acquérir et d'appliquer de nouvelles connaissances dans des contextes pratiques
  • Petits équipements de recherche
  • Conférences et exposés scientifiques (au Canada et à l'étranger)
  • Ateliers, visites à l'Institut d'informatique quantique, présentations, site Web, communications et conférences de sensibilisation
  • Ateliers de précommercialisation, cours, formations et possibilités de mentorat

Une flèche menant à la section de droite du modèle logique indique que ces activités et extrants mènent à différents résultats à court terme, à moyen terme et à long terme.

À court terme, cinq effets sont prévus :

  • Amélioration des connaissances en sciences et technologies de l'information quantique
  • Favoriser et créer des occasions pour les étudiants d'acquérir et d'appliquer de nouvelles connaissances
  • Amélioration des installations de recherche
  • Sensibilisation et connaissances accrues à l'égard des sciences et technologies de l'information quantique et l'Institut d'informatique quantique (au sein de la communauté de l'information quantique et de la population canadienne)
  • Sensibilisation accrue des chercheurs de l'Institut d'informatique quantique aux possibilités de commercialisation

À moyen terme, deux effets sont prévus :

  • Le Canada est reconnu comme un endroit où mener des recherches sur les technologies de l'information quantique
  • Le Canada est en bonne position pour tirer profit des avantages économiques et sociaux de la recherche en saisissant les occasions de commercialisation

À long terme, un effet est prévu :

  • Le Canada est reconnu comme un endroit où mener des recherches sur les technologies de l'information quantique