En 1999, Mike Lazaridis, cofondateur de RIM (appelée en suite BlackBerry), avait comme vision de créer un endroit où les physiciens pourraient s’attaquer aux enjeux principaux du fonctionnement de l'univers. Il était résolu à créer, à partir de zéro, un institut d'excellence pour attirer les meilleurs et les plus brillants scientifiques dans le domaine de la physique théorique, qui se pencheraient sur les questions de la quantique au cosmos, et mettre sur pied un centre de collaboration et d'innovation. Son objectif? Que l'institut devienne le centre de recherche mondial de la physique théorique et qu’il attire les esprits scientifiques les plus dynamiques au monde afin de réaliser des percées qui transformeraient l'avenir. Il a effectué un don initial de 100 millions de dollars pour démarrer l'initiative, il a établi des partenariats publics et privés avec tous les paliers de gouvernement et il a obtenu du soutien de personne, de sociétés et de fondations.

Moins de 20 ans plus tard, l’Institut Périmètre de physique théorique a attiré certaines sommités mondiales en physique, notamment Neil Turok (le directeur de l’Institut au cours de la dernière décennie), Lee Smolin, Asimina Arvanitaki, Davide Gaiotto et Avery Broderick, ainsi que les experts en physique quantique Daniel Gottesman et Rob Spekkens. Stephen Hawking, qui a passé de longues périodes de travail et de collaboration à l'Institut Périmètre, est l'une des chaires de chercheur invité distingué.

Au cours d'une conférence spéciale donnée en 2010, M. Hawking a déclaré : « La recette est simple : réunir des gens brillants, dans un environnement intellectuel inspirant et libre, où on les encourage à mener des recherches ambitieuses et opportunes. On n'insistera jamais trop sur l'importance de lieux et de moments d'exception, où des progrès magiques peuvent être accomplis. Il me semble que ces ingrédients sont réunis ici, à l'Institut Périmètre. L'Institut Périmètre constitue en lui-même une expérience majeure en physique théorique. J'espère et j'entrevois que de grandes réalisations verront le jour ici. » [traduction]

Après que l'Institut a rapidement excédé sa taille d'origine, le Centre Stephen-Hawking a ouvert ses portes en 2011. C'est le seul bâtiment au monde à porter ce nom.

Les chercheurs de l'Institut Périmètre essaient de comprendre le fonctionnement de la matière à son niveau le plus fondamental pour jeter les bases des futures technologies. Les chercheurs se concentrent sur neuf principaux domaines de recherche : la gravité forte, la matière condensée, la physique des particules, les champs et les cordes quantiques, la gravité quantique, les fondements quantiques, l'information quantique, la physique mathématique et la cosmologie. Mais la collaboration est primordiale, puisque l'on s'attend à ce que les plus importantes découvertes émergent du mélange d'expertise au sein de tels domaines. C'est la raison pour laquelle l'Institut Périmètre a été construit sur mesure pour encourager la collaboration, que ce soit en écrivant sur les nombreux tableaux noirs, ou en échangeant dans des endroits confortables ou au restaurant sur place, le Black Hole Bistro.

« Nous disposons d'un environnement interdisciplinaire qui favorise grandement la collaboration, car les percées les plus importantes se produisent aux intersections entre les sous-domaines de la physique. Les neufs domaines différents de recherche de l'Institut Périmètre couvrent l'intégralité de la physique théorique, de la compréhension de la théorie quantique à l'étude des plus petites particules et de nouveaux matériaux potentiels, et les plus grandes questions, telles que d'où vient l'univers, quelles sont les règles qui le régissent et quel est son avenir », a déclaré Michael Duschenes, directeur administratif et chef de l'exploitation de l'Institut Périmètre. « Presque toute la technologie d'aujourd'hui, que ce soit les ordinateurs, les téléphones intelligents, les dispositifs médicaux de sauvetage, est issue de percées réalisées en physique fondamentale. Les découvertes produiront de nouvelles connaissances et rendront possible la prochaine vague de technologies révolutionnaires pour le progrès de l'humanité, d'une manière que nous commençons seulement à imaginer. »

La collaboration étant intrinsèquement intégrée à l'Institut Périmètre, ses scientifiques disposent de la liberté et des ressources nécessaires pour s'attaquer aux problèmes de la physique de la manière qu'ils jugent la plus productive. Les chercheurs ont joué des rôles clés dans la théorie derrière l'astronomie multimessage, la correction d'erreurs quantiques (un élément essentiel de l'informatique quantique), la physique des particules, la recherche sur les trous noirs et plus encore. Le personnel administratif de l'Institut Périmètre assure l'administration, par exemple, de dispositions pour des conférences et des demandes de subvention, ce qui permet aux scientifiques de se concentrer pleinement sur leurs recherches.

La même philosophie guide le programme de maîtrise de l'Institut Périmètre, le Perimeter Scholars International (PSI), qui, depuis sa création en 2009, est devenu l'un des programmes d'études supérieures en physique les plus reconnus au monde. Le PSI est un programme entièrement financé comprenant l'hébergement et les repas. Il a une durée intensive de un an et introduit les étudiants au vaste champ de la physique théorique en leur permet de travailler aux intersections des domaines, là où les percées sont les plus attendues. Grâce à son accent mis sur la collaboration et la pensée critique, le programme prépare les étudiants à un large éventail de voies professionnelles futures, que ce soit en recherche pure, en science appliquée, en technologie, en finances ou en industrie. Après avoir terminé leurs études, les étudiants reçoivent un diplôme de maîtrise en sciences spécialisée en physique de l'Université de Waterloo et un certificat Perimeter Scholars International en physique théorique de l'Institut Périmètre. D'anciens étudiants du PSI ont poursuivi un doctorat et une carrière en recherche à l'Institut Périmètre et dans d'autres établissements de renommée dans le monde, tandis que d'autres travaillent à Wall Street, dans l'industrie aérospatiale, dans des entreprises technologiques émergentes, dans les communications de la science et dans le secteur des organismes sans but lucratif.

« Bien qu'il puisse s'écouler beaucoup de temps entre la découverte et l'application – il a fallu 50 ans pour obtenir des transistors grâce à la physique quantique, qui est au cœur de la révolution informatique –, de nos jours, tout se passe beaucoup plus rapidement. En tant qu'accélérateur de recherche, nous visons à combler les lacunes en offrant un environnement nécessaire à la réalisation de travaux extrêmement ambitieux et difficiles. Après tout, le World Wide Web a commencé en tant que moyen d'échange d'information pour les chercheurs en physique fondamentale, et personne n'imaginait à quel point ce système allait façonner notre monde », a déclaré M. Duschenes.

Voici quelques projets majeurs sur lesquels des scientifiques de l'Institut Périmètre mènent des recherches :

Le télescope EHT

Le télescope EHT (Event Horizon Telescope – télescope horizon des événements) est un vaste réseau de radiotélescopes et d'observatoires radioastronomiques dans le monde entier qui travaillent ensemble à capter la première image d'un trou noir dans l'espace. Avery Broderick, membre de faculté de l'Institut Périmètre, est l'un des dirigeants de cette importante collaboration internationale. Le projet utilise l'interférométrie à très grande base à faibles longueurs d'onde pour observer directement la région autour d'un trou noir. En établissant un lien entre les observatoires radioastronomiques et les radiotélescopes de partout dans le monde, on crée essentiellement un télescope grand comme la Terre d'une précision inégalée. Il peut aussi bien observer Sagittaire A, le trou noir situé au centre de la Voie lactée, et Messier 87, le trou noir dans la constellation de la Vierge. L'ETH a pour objectif de tester les limites de la théorie de la relativité générale d'Einstein et d'observer l'environnement immédiat autour des trous noirs. L'image que capture l'ETH sera une première pour l'humanité – un aperçu d'un élément qui était présumé auparavant au-delà de la portée de notre technologie – et témoignera de la puissance de la science fondamentale. (Source : http://eventhorizontelescope.org/about (en anglais seulement)) L'Institut Périmètre constitue le centre d'analyse de la vaste quantité de données que produit l'ETH.

Initiative sur la matière quantique

Cette initiative est un effort pour appliquer les algorithmes d'apprentissage machine pour rechercher de nouveaux matériaux quantiques. La recherche collaborative dans les domaines de la physique de la matière condensée, de l'information quantique, de la gravité quantique et de la théorie des cordes est une caractéristique de l'Institut Périmètre et s'est maintenant élargie pour inclure des chercheurs internationaux, des étudiants postdoctoraux et une collaboration avec certaines des plus grandes entreprises dans le monde, notamment Intel, Google et Microsoft. La recherche se concentre sur des approches numériques et analytiques de pointe du problème à N corps, de l'application de l'information moderne et de la théorie de la complexité à la physique quantique à N corps, la correction d'erreurs quantiques, le phénomène hors de l'équilibre, le chaos, le brouillage et la complexité en matière quantique et en holographie, ainsi qu'à d'autres domaines d'intérêt.

Des percées dans ce domaine pourraient favoriser une nouvelle compréhension importante de la nature et avoir le potentiel d'influer sur toute chose, du calcul au transport d'énergie, voire aux communications.

Centre de recherches sur l'univers

En novembre 2017, l'Institut Périmètre a lancé le Centre de recherches sur l'univers dans l'objectif d'établir le Canada et l'Institut Périmètre comme un endroit où se rassemblent les grands esprits en cosmologie et de favoriser les collaborations avec les instituts d'expérimentation clés pour s'attaquer aux questions importantes, telles que le début de l'univers, son fonctionnement à un niveau fondamental et son avenir. En collaboration avec l'Institut Périmètre, les partenaires fondateurs du Centre sont l'Institut canadien d'astrophysique théorique (ICAT), l'Institut Dunlap de l'Université de Toronto, le Centre d'astrophysique de l'Université de Waterloo, le SNOLAB, l'Université Queen's, l'Université de Guelph et l'Université York. Arthur McDonald, lauréat d'un prix Nobel, est l'un des parrains scientifiques du Centre, comme l'était le regretté Stephen Hawking, et plusieurs nouvelles bourses prestigieuses soutiendront le travail de scientifiques émergents ambitieux. La recherche vise à relier la théorie à la pratique, à faire des « liens avec les expériences et les observations de pointe ainsi qu'à stimuler les collaborations entre l'Institut Périmètre et d'autres établissements reconnus, a déclaré M. Duschenes. La science moderne est internationale et collaborative, et les scientifiques de l'Institut Périmètre jouent un rôle de premier plan dans ces collaborations et autres projets majeurs de recherche. C'est un sport d'équipe. »

Diffusion des connaissances

« La diffusion des connaissances est l'un des mandats principaux de l'Institut Périmètre, car nous savons qu'une société scientifiquement instruite et engagée est prospère », a déclaré M. Duschenes. L'Institut dispose d'un site Web où il est possible de publier des articles, des vidéos et du contenu de médias sociaux afin de partager les merveilles de la physique. Les vidéos ont été visionnés plus de trois millions de fois, et le site Web compte des centaines de milliers de visites chaque année.

Les programmes de diffusion des connaissances de l'Institut Périmètre inspirent les étudiants et les professeurs au moyen d'activités pratiques qui les inspirent en constatant le pouvoir de la science. Les expériences éducationnelles de l'Institut Périmètre atteignent, grâce à des ressources en classe et à un réseau de formation des professeurs, des milliers de professeurs et des millions d'étudiants chaque année. L'Institut Périmètre tient annuellement des « camps d'été » qui attirent les meilleurs étudiants et professeurs internationaux, lesquels profitent d'ateliers immersifs pratiques.

Tout au long de l'année, l'Institut organise des conférences publiques mensuelles données par des scientifiques internationaux de renom. Puisque les billets pour y assister en personne disparaissent toujours en quelques minutes, l'Institut Périmètre enregistre les conférences en webdiffusion et les diffuse sur sa chaîne YouTube. Certains des sujets publics comprenaient l'importance de la découverte des ondes gravitationnelles par le LIGO, les occasions que présentent les nouveaux matériaux quantiques et la manière dont la physique a façonné notre société et notre économie.

Dans le cadre de Canada 150 qui a eu lieu en 2017, l'Institut Périmètre a dirigé Innovation150, une célébration nationale de l'ingéniosité canadienne. En partenariat avec Actua, l'Institut d'informatique quantique, l'Association canadienne des centres de sciences et Ingenium – Musées des sciences et de l'innovation du Canada, Innovation150 a fait le tour du pays afin de réaliser des expériences scientifiques pratiques, notamment dans de nombreux endroits mal desservis et éloignés, et a atteint plus de 190 collectivités et plus de 70 000 jeunes.

L'Institut Périmètre accueille également la série de spectacles musicaux classiques Event Horizon, financés de façon privée et donnés par des artistes de renommée mondiale, comme Yo-Yo Ma, Joshua Bell, le Quatuor à cordes Hagen, Vox Luminis et Xuefei Yang. Un orchestre de l'Institut Périmètre, constitué de chercheurs, d'étudiants et de membres du personnel, donne aussi régulièrement des spectacles dans l'atrium à quatre étages de l'Institut.

Dans la région de Waterloo, l'Institut Périmètre est un élément essentiel au sein d'un « écosystème de l'innovation », lequel inclut les sciences théoriques et expérimentales, des universités renommées ainsi qu'une scène dynamique d'entreprises technologiques en démarrage. L'Université de Waterloo est l'un des meilleurs établissements d'études en mathématiques et en sciences de l'informatique en Amérique du Nord et comprend l'Institut de l'informatique quantique, l'établissement expérimental sœur de l'Institut Périmètre. L'Institut Périmètre possède l'un des programmes d'études supérieures en physique théorique les plus prestigieux et les plus prisés au monde. L'école de commerce Lazaridis School for Business and Economics de l'Université Wilfrid Laurier est l'un des meilleurs établissements pour la formation d'entrepreneurs et de chefs d'entreprise. Quantum Valley Investments soutient les entreprises technologiques en démarrage dans le secteur de la recherche quantique. La région est constituée de collectivités abordables, favorables à la vie familiale et entourées d'une beauté naturelle qui attire les scientifiques invités et leurs jeunes familles.

« C'est différent de tout ce qu'on retrouve ailleurs, a déclaré M. Duschenes. La région est maintenant connue sous le nom de la “vallée quantique” grâce à la présence de l'Institut Périmètre, de l'Institut de l'informatique quantique et de Quantum Valley Investments, ainsi que d'un grand nombre d'entreprises en démarrage dans le secteur quantique. L'ensemble de la chaîne de l'innovation, que ce soit les recherches fondamentales, l'expérimentation ou la commercialisation, est présente dans une région relativement petite. »

« Nous cherchons à attirer des scientifiques brillants, audacieux et collaborateurs qui explorent les questions les plus profondes de la science. Certains posent leur candidature, d'autres sont invités. L'Institut Périmètre n'est pas un lieu d'affaires habituel. Nous sommes motivés par une impatience et un désir de découvrir de nouvelles choses, de reconnaître clairement lorsque les approches traditionnelles échouent et d'ouvrir et d'explorer de nouvelles voies prometteuses. Nous nous efforçons constamment d'être agiles, entrepreneuriaux et interdisciplinaires, ainsi que de regarder au-delà des préoccupations à vision restreinte et hyperspécialisée afin d'adopter une vision d'ensemble. »

17 mai 2018

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