Un contexte unique pour la découverte scientifique

Un objectif commun

L’Institut Courtois fournit un contexte unique pour la découverte scientifique avec un espace de collaboration entre les approches théoriques et expérimentales de pointe pour la recherche sur les propriétés de la matière. Il regroupe des chercheurs de premier plan en chimie, en physique et en informatique avec un objectif commun; celui d’exploiter les récentes avancées de l’intelligence artificielle (IA) pour accélérer la découverte, le développement et la caractérisation de nouveaux matériaux. L’Institut vise à mobiliser l’intelligence artificielle à chaque étape de la découverte, autant pour la simulation des molécules possibles et des propriétés à tester, la synthèse et la caractérisation robotisées, l’analyse automatisée des données générées, que le retour automatique sur les simulations et les synthèses ultérieures.

Une approche innovante

L’Institut Courtois réunit une nouvelle génération de chercheurs déterminés à relever les défis les plus complexes de notre société comme la découverte de nouveaux matériaux nous permettant de réaliser nos ambitions environnementales ou la migration de l’ordinateur actuel vers l’ordinateur quantique. Notre équipe intégrera des méthodes de pointe permettant une accélération significative du processus de découverte. Le perfectionnement de nouveaux matériaux suit une approche innovante, exploitant de nouveaux outils de synthèse organique et inorganique, tels que l’intégration plasma ou des outils liés à l’intelligence artificielle comme la synthèse à haut débit.

Le maillage du domaine des matériaux avec l’IA présente un grand potentiel pour accélérer la recherche dans le développement et la caractérisation des matériaux dont notre société a besoin.

Les laboratoires

Les équipes de l’Institut ont accès à plusieurs laboratoires équipés selon les besoins et expertises de chacun, avec le support technique, robotique et informatique de haute performance nécessaires. La capacité de calcul haute performance étant fondamentale, des supercalculateurs capables de traiter des problèmes complexes ou d’utiliser de grands volumes de données sont accessibles aux chercheurs à tout moment.

Accélérer les efforts de recherche 3D

L’un des objectifs de l’Institut Courtois est d’accélérer les efforts de recherche liés à la fabrication additive d’objets aux architectures complexes 3D présentant des propriétés fonctionnelles. L’étude des combinaisons de compositions, d’architecture 3D et de conditions relatives à la fabrication additive de ces matériaux mène à l’identification de designs conférant à un objet des propriétés ciblées. Les ressources de l’IA sont essentielles pour explorer rapidement ces immenses espaces de possibilités.

Explorer les propriétés quantiques de la matière

Une des ambitions de recherche de l’Institut est de sonder expérimentalement les processus physiques qui régissent l’acte de mesurer un état quantique et, ultimement, de les comprendre. L’approche alternative de l’Institut Courtois consiste à utiliser les propriétés exceptionnelles des matériaux semi-conducteurs pour mieux comprendre les systèmes régis par la mécanique quantique, et de manière plus générale d’explorer les propriétés quantiques de la matière. Ces travaux contribuent notamment au développement de matériaux quantiques, comme les supraconducteurs.

Les progrès

La caractérisation et la modélisation d’états quantiques de la matière demandent des ressources énormes et les progrès en IA offrent de nouvelles approches pour parer à cette problématique, notamment grâce à :

L’amplification des connaissances : il est possible d’entraîner un réseau de neurones artificiels avec des matériaux connus, afin qu’il soit appliqué pour prédire de nouveaux matériaux potentiellement plus performants. Il est aussi possible de faire des simulations sur des systèmes de petite taille, et d’utiliser ce réseau pour extrapoler à des systèmes plus grands et donc plus réalistes.

L’apprentissage de l’émergence : l’apprentissage automatique est utilisé pour que l’algorithme apprenne des propriétés émergentes de l’état étudié. Cela permet de développer des modèles théoriques plus performants et efficaces.

L’ordinateur quantique : il opère grâce à l’intrication quantique et exécute des tâches en parallèle, alors qu’un processeur classique doit le faire en série.

Au-delà des propriétés de la matière, les scientifiques de l’Institut Courtois cherchent à comprendre davantage les structures qui régiront les prochains chapitres de l’IA. Au fur et à mesure que la compréhension des systèmes complexes et des matériaux évolue, en partie grâce aux progrès de l’IA, il est naturel d’adopter ces nouvelles connaissances pour améliorer les algorithmes d’IA eux-mêmes. Ensuite, ses algorithmes améliorés permettent d’accélérer la recherche sur les matériaux.

La compréhension de la matière permet non seulement d’ouvrir de nouveaux horizons fondamentaux, mais aide à créer des protocoles pour manipuler des états complexes à des fins de découvertes de nouveaux matériaux.