Les étudiants de premier cycle améliorent leurs compétences en recherche grâce aux stages PSI Start

Cette étape est à la fois passionnante et intimidante.

Le programme de stage PSI Start est conçu pour atténuer ce grand saut, en facilitant la transition vers le monde de la physique de niveau supérieur pour les étudiants qui approchent de la fin de leur premier cycle. Le programme d’été leur permet de mettre à l’épreuve leurs compétences de recherche, de réaliser des projets et de partager leurs découvertes avec leurs pairs et à leurs mentors.

« La recherche est la raison pour laquelle je suis ici », explique Ruby Wei, l’une des stagiaires de cette année. « L’Institut Périmètre offre un environnement très ouvert à la collaboration et aux discussions. Vous pouvez croiser quelqu’un dans le couloir et engager la conversation avec lui. Cela m’a beaucoup aidée lorsque j’essayais de résoudre un problème et que je me retrouvais bloquée. Je suis entourée de postdoctorants, de doctorants et d’étudiants diplômés brillants. C’est tout simplement génial. »

Wei, qui a obtenu une mention en physique à l’Université McGill, fait partie des 11 stagiaires de cette année. Certains sont locaux, comme Isaac Cheng, qui a obtenu la bourse Mike Lazaridis de cette année à l’Université de Waterloo. D’autres personnes proviennent du monde entier, y compris des États-Unis, du Mexique, du Bangladesh, de la Corée du Sud et de l’Éthiopie.

Mincheol Park, un autre stagiaire en provenance de l’Université Harvard cette année, a vraiment aimé les opportunités d’apprendre de ses pairs.

« La communauté du stage PSI Start est vraiment incroyable », a-t-il déclaré. « Nous avons des origines très différentes et des façons très différentes d’étudier la physique. Je pense que ces perspectives diverses sont très précieuses. Non seulement la diversité des cultures et des origines, mais aussi la diversité de la façon dont nous percevons la physique et dont nous comprenons la nature. »

Ces perspectives lui ont permis d’améliorer sa propre approche de la recherche. Park collabore avec le professeur Timothy Hsieh dans l’étude des circuits quantiques. À la différence d’un circuit, les circuits quantiques sont probabilistes et comportent un certain degré de hasard. Il y a tellement de trajectoires qui peuvent se produire à l’intérieur d’un circuit quantique qu’un chercheur peut devoir effectuer « des milliers et des millions d’expériences » pour obtenir un résultat, explique Park.

Heureusement, il y a des moyens de rendre ces systèmes quantiques plus simple. Le projet de Park utilise l’apprentissage automatique et des méthodes d’analyse statistique classiques pour y parvenir, en rendant un résultat théorique plus accessible sur le plan expérimental.

Park espère pouvoir continuer à travailler sur ce projet d’envergure jusqu’à l’automne, même après la fin du stage.

Wei est également passionné par l’informatique quantique et à la théorie de la matière condensée. Tout comme Park, son objectif est de diminuer la complexité des grands systèmes quantiques, même si elle s’y prend d’une manière différente.

« L’un des problèmes de la physique quantique est que nous avons affaire à un grand nombre de particules. Si nous voulons décrire chaque particule par un paramètre, le nombre de paramètres dont nous avons besoin augmente de manière exponentielle. Les ordinateurs ordinaires ne peuvent pas suivre autant de paramètres qui augmentent de manière exponentielle », explique-t-elle.

Cependant, en utilisant un outil mathématique pour décrire les systèmes quantiques, connu sous le nom d’états de produits matriciels, elle peut diminuer le nombre de paramètres.

Il est difficile de traiter ce sujet, mais le travail d’équipe est essentiel. Wei affirme que la culture de collaboration de l’Institut Périmètre a été précieuse pour elle et les autres stagiaires, et que l’agencement du bâtiment a stimulé la créativité

« J’aime le fait qu’il y ait beaucoup de tableaux noirs et de papier brouillon sur les tables à manger. J’adore ça. C’est tellement pratique et tellement de type intello », dit Wei.

Bien entendu, mener des recherches n’est qu’une partie du processus scientifique. Il est tout aussi important de partager les résultats et d’obtenir des retours d’information. En août, les stagiaires ont participé à une mini-conférence, où ils ont présenté des affiches détaillées sur leur travail. Ils ont eu d’autres occasions de partager leurs recherches tout au long de l’été.

Wei et l’une de ses collègues, Nian Ibne Nazrul, ont trouvé de nombreux forums pour partager leurs recherches, par exemple.

« D’une certaine manière, il n’y a pas que le stage de recherche, n’est-ce pas? », dit Nazrul. « Les stagiaires donnent également des conférences. Ruby [Wei] et moi avons été invités à donner une conférence au club de lecture du groupe sur la matière quantique de l’Institut Périmètre. Le fait d’être ici et pouvoir donner des conférences est une expérience. Cela fait partie du métier de physicien, d’être capable de parler à d’autres personnes de manière efficace. C’est un bon moyen de nouer des liens. » 

Nazrul est étudiant à l’Université BRAC au Bangladesh. Son projet de cet été porte sur la physique mathématique et utilise le modèle Levin-Wen (également connu sous le nom de modèle à filets), qui décrit certains aspects de la physique de la matière condensée.

Au début, Nazrul était intimidé par tout ce qu’il y avait à savoir sur la physique de la matière condensée. Des décennies et des décennies de recherche ont été menées par des physiciens du monde entier, et l’état de l’art est en constante évolution. Mais le programme PSI Start lui a permis de comprendre qu’il n’était pas nécessaire de tout apprendre avant de commencer ses propres recherches. Il est possible de se spécialiser.

« Ce programme de stage m’a permis de découvrir comment se fait la recherche. Avant, je pensais que je devais apprendre, apprendre, apprendre, puis faire de la recherche – mais maintenant, j’ai le sentiment que je peux apprendre et faire de la recherche en même temps. Je peux rassembler ce que j’ai besoin de savoir au fur et à mesure », dit-il.

Qu’est-ce qui motive Wei, Park, Nazrul et le reste de leurs pairs à persévérer malgré la complexité de leurs recherches?

« Je dirais que c’est la beauté de la physique », déclare Wei. « Je ne savais pas si je voulais continuer à étudier la physique à l’Université ou simplement être un passionné de physique. Mais il y avait cette preuve qui m’a complètement époustouflé. Ce sont les inégalités de Bell, pour lesquelles les travaux expérimentaux ont remporté le prix Nobel l’année dernière. Je veux faire partie de ceux qui peuvent apporter ce genre de contribution. Ou, comme le dit le slogan, « faire partie de l’équation ».

Il est impossible de prédire où les stagiaires PSI Start de cette année finiront. Cependant, leur engagement et leur enthousiasme pour la physique sont évidents, et la prochaine étape de leur parcours est avec une longueur d’avance, après tout ce qu’ils ont appris et expérimenté pendant leur stage d’été. 

« Je tiens à souligner que je pense que le stage PSI Start est vraiment, vraiment spécial », déclare Park. « Quand je retournerai dans mon université d’origine, je parlerai très bien de ce programme à tout le monde. Vous pouvez vivre la vie d’étudiant diplômé en tant qu’étudiant de premier cycle et avoir plus de liberté pour choisir ce que vous voulez étudier. C’est un programme vraiment fantastique, et l’Institut Périmètre est un environnement vraiment fantastique. »

Les étudiants intéressés par le programme PSI Start 2024 peuvent trouver plus d’informations ici.

Le programme PSI Start est soutenu par Michael Serbinis et Laura Adams.