Pour ceux qui croient à l’interprétation des mondes multiples pour expliquer l’étrangeté de la mécanique quantique, Anna Golubeva pourrait, dans un autre univers, être une artiste célèbre. Dans un univers encore différent, elle pourrait être une neuroscientifique résidente prometteuse.

Mais dans le monde qui est le nôtre, Mme Golubeva est doctorante en physique théorique à l’Institut Périmètre. Elle travaille à une meilleure compréhension de l’apprentissage automatique, dans le but ultime de s’en servir comme outil pour résoudre des problèmes majeurs de physique.

Ce n’est pas la voie qu’elle comptait suivre. Anna Golubeva, qui a grandi à Chişinău, en Moldavie (ancienne république de l’Union soviétique), est arrivée assez tard à la physique. Enfant, elle rêvait d’être peintre. À la sortie du primaire, elle jonglait avec l’idée d’être mathématicienne.

Après avoir déménagé avec sa famille en Allemagne à l’âge de 12 ans, Anna Golubeva a finalement décidé pendant ses études secondaires de faire de la biologie. Jusque-là, la physique ne faisait pas du tout partie de l’équation : « Je n’aimais pas du tout la physique, se souvient-elle. J’étais en fait plutôt mauvaise dans cette matière et j’ai donc décidé de l’abandonner. » [traduction]

Pour obtenir son diplôme, Mme Golubeva devait avoir un certain nombre d’heures de formation en physique. Dans l’espoir de satisfaire à cette exigence sans difficulté, elle s’est inscrite aux cours de physique les plus élémentaires offerts par son école.

Dans tout autre univers, cette solution aurait pu fonctionner parfaitement. Mais dans celui-ci, une erreur administrative a ouvert une porte inattendue.

« Pour une raison quelconque, l’école n’offrait pas ce cours de base, explique-t-elle. Ils m’ont mise par erreur dans le cours de physique le plus avancé, et j’ai adoré cela. » [traduction]

Anna Golubeva à l’un des tableaux noirs omniprésents de l’Institut Périmètre[/caption]

En fait, Anna Golubeva n’était pas mauvaise en physique classique, que l’on enseigne dans la plupart des cours d’introduction : cela l’ennuyait. « Quand nous avons commencé à aborder la physique quantique, j’ai trouvé cela très intéressant. » [traduction]

Ne voulant pas laisser ce qui l’intéressait par ailleurs, elle a décidé de combiner le tout en étudiant la biophysique au 1^er cycle universitaire. Au milieu d’une série de cours plus empiriques de biologie, de biochimie et de chimie, la physique était attrayante par sa simplicité.

« Une fois que je comprends le principe, je peux déduire et calculer tout le reste. Je n’ai pas besoin d’apprendre par cœur, par exemple, 50 noms latins de champignons » [traduction], dit-elle en riant.

Ce fut suffisant pour réorienter complètement son parcours : après ses études de 1^er cycle, Mme Golubeva s’est inscrite à un programme de maîtrise en physique théorique à l’Université Goethe de Francfort. Mais elle restait encore sur sa faim. « J’avais l’impression qu’il me manquait quelque chose, dit-elle. Ce n’était pas suffisant. » [traduction]

Aller plus loin

Vers la fin de sa maîtrise, alors qu’elle se demandait s’il valait mieux faire un doctorat ou aller travailler dans le secteur privé, Anna Golubeva a été attirée par une petite affiche. Au Canada, un programme de maîtrise appelé PSI (Perimeter Scholars International – Boursiers internationaux de l’Institut Périmètre) promettait d’exposer les participants à tout le spectre de la physique théorique, au moyen de cours orientés vers la recherche et donnés par certains des plus grands physiciens théoriciens au monde. « Cela semblait correspondre exactement à ce que je recherchais » [traduction], dit Mme Golubeva.

Elle n’a pas été déçue. Elle s’est instruite sur la relativité, la gravitation quantique et bien d’autres sujets. En apprenant qu’elle s’intéressait à la fois aux systèmes complexes de matière condensée et à l’apprentissage automatique, son mentor du programme PSI l’a présentée à Roger Melko, professeur associé à l’Institut Périmètre, dont les recherches couvrent ces 2 domaines.

« C’était fantastique de réunir ainsi ce qui m’intéressait, dit Mme Golubeva. J’ignorais totalement qu’il serait possible de combiner la physique et l’apprentissage automatique. » [traduction]

Roger Melko l’a invitée à faire sous sa direction le projet de recherche menant à son mémoire de fin de maîtrise. Impressionné par la qualité de son travail, il lui a ensuite offert un poste de doctorante au sein de son équipe de recherche à l’Université de Waterloo et au laboratoire d’intelligence quantique de l’Institut Périmètre. Elle a accepté et choisi ce poste de préférence à plusieurs autres en milieu universitaire et dans le secteur privé

Lorsqu’elle a commencé à appliquer des méthodes d’apprentissage automatique à des problèmes de physique, Anna Golubeva s’est rendu compte d’une chose : « L’apprentissage automatique est motivé par des applications industrielles, de sorte qu’il n’a absolument aucun fondement théorique. Nous ne le comprenons pas totalement. Comment puis-je appliquer un outil scientifique si je ne sais pas exactement où je peux espérer obtenir des résultats fiables? »

Elle a donc décidé de retourner le problème. « C’était tout naturel de procéder en sens inverse et d’appliquer à l’étude de l’apprentissage automatique les connaissances et les méthodes acquises en physique théorique. Nous nous servons de la physique pour développer l’apprentissage automatique, et nous utilisons l’apprentissage automatique pour résoudre des problèmes de physique.

« Il y a en physique beaucoup de problèmes que nous savons, en principe, résoudre de manière théorique. Mais comme ces problèmes ont une grande complexité, qui augmente de manière exponentielle avec la taille du système, il faudrait 10 000 ans pour les résoudre avec des ordinateurs classiques. » [traduction] On pourrait combiner l’apprentissage automatique et l’informatique quantique pour résoudre ces problèmes actuellement insolubles.

Ses travaux constituent un puissant mélange de sous-domaines qui attirent déjà l’attention. Cette année, Anna Golubeva a reçu le prestigieux prix de doctorat Gilles-Brassard du CRSNG pour la recherche interdisciplinaire, remis chaque année à un titulaire d’une bourse d’études supérieures du Canada Vanier qui incarne parfaitement la recherche interdisciplinaire.

Étant donné les voies et les embranchements qu’elle a failli suivre, Anna Golubeva hésite à spéculer sur ce que sera son avenir. Actuellement, elle est enthousiasmée par ses recherches, même si elle prend le temps de se détendre en faisant du yoga, de l’art et du surf — sport plutôt improbable pour quelqu’un qui a passé la plus grande partie de sa vie dans les terres.

Pour le moment, elle dit que la réception du prix Brassard ajoute un soutien tangible et significatif à un stade crucial de sa jeune carrière. Elle estime que des travaux interdisciplinaires sont la clé pour percer certains des secrets les mieux gardés de l’univers.

« La nature n’est pas divisée en sous-domaines — biologie, physique, mathématiques —, mais elle constitue un tout. Notre compréhension de la nature peut progresser lorsque l’on franchit les limites qui séparent ces disciplines académiques. » [traduction]