L’Institut Périmètre a reçu un coup de pouce de 450 000 $ de la part de Cenovus Energy inc., un partenaire qui partage sa quête de repousser les limites de la science et des technologies, pour la recherche dans le domaine prometteur de l’inférence causale quantique.

L’inférence causale fait appel à des outils mathématiques pour dégager des relations de cause à effet à partir de données statistiques. Elle peut être utilisée dans divers domaines, allant de l’épidémiologie à l’économie. On peut par exemple essayer de déterminer si un nouveau médicament a entraîné des améliorations de l’état de santé, ou si d’autres facteurs, comme l’alimentation ou l’exercice, sont en jeu, ou encore de cerner les facteurs éducatifs ou sociaux qui devraient être pris en compte dans le cadre d’une analyse des données sur le revenu.

L’inférence causale quantique permet de concevoir des algorithmes pour extraire des indications de cause à effet à partir de grands ensembles de données statistiques, avec une plus grande puissance statistique et une plus grande certitude que n’importe quelle autre technologie actuelle.

Dans tous ces domaines, un précepte bien connu en statistiques s’applique : « Corrélation n’est pas synonyme de causalité ». L’existence d’une corrélation entre deux événements n’implique pas nécessairement que l’un est la cause de l’autre. À titre d’exemple de simple corrélation statistique, on a remarqué que les gens ont tendance à magasiner davantage par temps froid, mais le temps froid n’y est sans doute pour rien. C’est peut-être le temps des Fêtes qui pousse les gens à magasiner plus. Les outils d’inférence causale servent à distinguer une corrélation d’une causalité.

Il en va peut-être de même dans le monde quantique. Au cours des dix dernières années, le groupe Fondements quantiques de l’Institut Périmètre a réalisé d’importants progrès en appliquant des idées issues du domaine de l’inférence causale aux corrélations qui sont au cœur de nombreuses expériences quantiques. 

En 1964, le physicien irlandais John Bell a démontré que si l’on prépare une paire de particules dans un état intriqué, puis qu’on les envoie loin l’une de l’autre pour les mesurer ensuite, les résultats de ces mesures présentent des corrélations statistiques plus fortes que ce à quoi on devrait s’attendre. Mais pourquoi en est-il ainsi? Voilà un problème qui embête les chercheurs en physique quantique comme Robert Spekkens et Elie Wolfe, qui dirigent l’Initiative sur l’inférence causale quantique à l’Institut Périmètre. Ils ont donc mis au point des outils sophistiqués et de nouvelles techniques pour distinguer la corrélation de la causalité en théorie quantique.

Ces travaux comportent aussi des implications pour des technologies comme les ordinateurs quantiques et les réseaux de communication quantiques, et pourraient jouer un rôle important dans la conception d’algorithmes pour les systèmes d’intelligence artificielle (IA).

Les systèmes d’IA d’aujourd’hui sont excellents pour reconnaître des motifs. Ils peuvent être entraînés sur de grandes quantités de données et sont utilisés, par exemple, pour repérer des tumeurs dans des images radiographiques. Toutefois, si on utilise l’IA, par exemple, pour analyser la cause possible de la douleur thoracique d’une personne, il sera plus difficile d’obtenir une réponse correcte, puisque les systèmes d’IA ne sont pas encore aptes à comprendre la cause et l’effet.

De nombreux chercheurs sont d’avis que pour que l’IA aille au-delà de la simple reconnaissance de motifs et devienne plus utile dans la résolution de problèmes et la prise de décision dans le monde réel, il faudra améliorer les algorithmes d’IA en les rendant capables de reconnaître les relations de cause à effet. Ce type d’amélioration de l’IA pourrait mener à de nombreuses applications dans tous les domaines, de la médecine à l’économie, en passant par l’énergie durable.

« En collaboration avec des statisticiens et des chercheurs en intelligence artificielle, notre groupe vise à concevoir et à améliorer des algorithmes pour tirer toutes les conclusions sur les relations causales qui peuvent être déduites à partir de toutes sortes de données statistiques », explique Spekkens. « Les outils dont nous disposons aujourd’hui ne sont que la pointe de l’iceberg. »

« Plus l’intelligence artificielle sera augmentée par une modélisation causale, plus notre pouvoir de tirer des conclusions vraiment pertinentes sera grand », ajoute Wolfe. 

Le don de Cenovus Energy permettra à l’Institut Périmètre d’attirer des boursiers postdoctoraux pour accélérer la recherche sur l’inférence causale au cours des trois prochaines années. Ces physiciens très prometteurs, nouvellement ou récemment titulaires de doctorat, contribueront à positionner le Canada comme chef de file mondial dans ce domaine émergent à fort potentiel.

Ce don permettra également de mieux tirer parti des talents de Spekkens et de Wolfe, qui encadrent les chercheurs postdoctoraux et facilitent l’échange de connaissances avec les spécialistes de l’IA chez Cenovus.

Robert Myers, directeur de l’Institut Périmètre, a déclaré que Cenovus Energy était un partenaire de longue date et de grande valeur pour l’Institut.

La société albertaine a aidé à créer la chaire Cenovus-Energy-James-Clerk-Maxwell de physique théorique (pour chercheur invité) à l’Institut Périmètre en 2015, à laquelle ont succédé des dons au programme de chaires de chercheur invité distingué (CCID), qui permet aux meilleurs physiciens du monde entier de faire de l’Institut leur domicile secondaire de recherche.

« Cenovus Energy a fait preuve d’une grande clairvoyance en soutenant les collaborations en sciences fondamentales à l’Institut Périmètre, et nous sommes très heureux qu’elle étende maintenant son soutien à l’inférence causale quantique, un domaine de recherche à fort impact qui pourrait façonner les technologies de demain », a déclaré Myers.

Rob Baillargeon, directeur de la passerelle d’innovation chez Cenovus Energy, a déclaré que l’entreprise accorde une grande importance à l’innovation mue par la recherche fondamentale. 

« L’innovation est vitale pour notre industrie et pour de nombreuses autres au Canada », a affirmé M. Baillargeon. « Notre choix de soutenir ce domaine émergent s’inscrit dans nos valeurs fondamentales qui s’articulent autour de l’innovation et de la collaboration pour aider à trouver de meilleures façons de faire. »

Note du traducteur : Les citations de cet article sont traduites de propos tenus en anglais.