Physique · InformatiqueThéorie

Charles Alexandre
Bédard

Chercheur en physique et en information quantique

La façon dont la physique et le calcul s’éclairent mutuellement me fascine. Mes recherches réunissent calcul quantique, physique fondamentale et information algorithmique.

Charles Alexandre Bédard, vêtu d’un veston olive et d’un t-shirt portant le motif J/bit.
Coordonnateur scientifiqueInstitut Gilles-Brassard pour l’informatique quantique fondamentale
Réseau québécois des chaires industrielles en communications quantiques

Recherche

Localité en théorie quantique

Je développe le pouvoir explicatif de la représentation de Heisenberg pour les protocoles quantiques, les corrélations de Bell et l’émergence de la classicalité.

Article 2025

Explaining Bell Locally

Dans la représentation de Heisenberg de la théorie quantique unitaire, les inégalités de Bell sont violées avec des éléments de réalité locaux qui interagissent localement. Pour constater cette violation, les observateurs doivent comparer leurs résultats — une interaction qu’il faut elle aussi traiter dans la théorie quantique. Je montre comment cette comparaison produit une nouvelle ramification des observateurs, aux poids inégaux, qui donne les corrélations de Bell.

Article 2021

The Cost of Quantum Locality

J’unifie trois formalismes entièrement locaux de la théorie quantique et j’en mesure le coût descriptif. La dimension de l’espace des descriptions locales d’un seul qubit croît exponentiellement avec le nombre total de qubits — une croissance que je démontre essentiellement inévitable pour toute description locale et complète.

Article 2023

Teleportation Revealed

Dans la représentation de Heisenberg, Deutsch et Hayden montrent comment les paramètres apparemment téléportés d’un état quantique passent par les deux bits classiques. Je complète leur explication en montrant comment cette information résiste à la décohérence et se propage par les réactions en chaîne qui constituent ce qu’on appelle la communication classique.

Article 2021

The ABC of Deutsch–Hayden Descriptors

On croit encore souvent qu’une description locale et complète des systèmes quantiques est impossible. Deutsch et Hayden ont pourtant démontré le contraire, même en présence d’intrication. Je propose un guide pour comprendre comment et pourquoi leurs descripteurs fonctionnent.

Chapitre 2026

Realism and the Inequivalence of the Two Quantum Pictures

Les représentations de Schrödinger et de Heisenberg font les mêmes prédictions, mais ne sont pas des descriptions équivalentes de la réalité : plusieurs ensembles distincts de descripteurs de Heisenberg correspondent à une même fonction d’onde. Cette structure supplémentaire permet des explications entièrement locales du codage superdense, de la téléportation et des corrélations de Bell.

Conférence 2024

Causality in the Heisenberg Picture

Quand un système quantique en influence-t-il un autre? Pour une dynamique unitaire, je montre comment une condition simple — l’indépendance fonctionnelle d’un descripteur de sortie par rapport à un descripteur d’entrée — permet de retrouver le critère de non-influence des modèles causaux quantiques, dont la formulation habituelle est beaucoup moins intuitive.

L’information algorithmique en physique

Fondée sur le calcul plutôt que sur les probabilités, la théorie algorithmique de l’information quantifie l’information intrinsèque d’un objet individuel. Cette approche objective de l’information offre un cadre pour étudier la thermodynamique et l’organisation non triviale des systèmes physiques complexes.

Article 2025

Temperature as Joules per Bit

Avec Sophie Berthelette, Xavier Coiteux-Roy et Stefan Wolf

En mécanique statistique, l’entropie est une grandeur fondamentale, mais son unité — le joule par kelvin — dépend de celle de la température, pourtant définie à partir de l’entropie. Nous résolvons cette circularité en donnant à l’entropie sa propre unité — le bit — et retrouvons la dualité de Gibbs entre énergie libre et capacité d’information disponible.

Article 2022

An Algorithmic Approach to Emergence

Avec Geoffroy Bergeron

Nous proposons une définition quantitative de l’émergence fondée sur la présence de plusieurs chutes dans la fonction de structure de Kolmogorov des données d’observation. Ces chutes marquent des gains de compression soudains à mesure que les modèles se complexifient. Nous appliquons ce cadre aux systèmes dynamiques et à la thermodynamique.

Prépublication 2020

Relativity of Depth and Sophistication

La sophistication et la profondeur logique en régime Busy Beaver sont deux mesures essentiellement équivalentes de l’organisation non triviale. Mais lorsqu’on les relativise à de l’information auxiliaire, la capacité de cette information à résoudre le problème de l’arrêt introduit une distorsion entre elles.

02 / Enseignement

Enseignement

Enseigner, c’est partager la beauté des idées et l’obsession des problèmes — puis découvrir, dans leurs solutions, des problèmes encore meilleurs.

« Sans exagération le meilleur cours de toute ma vie. […] L’intérêt que tu as su susciter en moi pour l’informatique quantique m’a convaincu de poursuivre aux cycles supérieurs et d’approfondir ce domaine. Merci infiniment Charles. »
Évaluation anonyme d’un étudiant · Cours d’informatique quantique, Université de Montréal.

Théorie algorithmique de l’information

Cours doctoral · Università della Svizzera italiana · 2023

La théorie algorithmique de l’information mesure l’information contenue dans un objet individuel par la longueur du plus court programme qui le produit. Ce cours doctoral, conçu pour être autonome, commence par les codes et l’information de Shannon, puis revient sur les fondements de la calculabilité : machines de Turing universelles, problème de l’arrêt et théorème de Rice.

Sur ces bases, nous développons les complexités de Kolmogorov simple et préfixe, explorons les liens entre hasard et incompressibilité, puis l’induction de Solomonoff. La probabilité d’arrêt Ω et le théorème d’incomplétude de Chaitin révèlent des limites quantitatives à ce que peuvent démontrer les systèmes axiomatiques formels. Nous étudions ensuite le théorème du codage, qui relie complexité et probabilité universelle, et utilisons les semi-mesures inférieurement semi-calculables pour établir la règle de chaîne.

Ce cours ignore les frontières entre l’informatique, les mathématiques, la physique et la philosophie. Donné initialement au printemps 2023 à l’Università della Svizzera italiana, il est accessible gratuitement en vidéo, accompagné de notes de cours et d’exercices.

Conversation · 2023

Bennett and Deutsch: The Nature of Computation, Incompleteness, and Mathematics

J’ai animé cette conversation entre David Deutsch et Charles H. Bennett dans le cadre de mon cours de théorie algorithmique de l’information.

Voir la conversation

03 / Service

Service à la communauté académique

04 / Une façon de faire de la science

L’audace de conjecturer.
La critique ouverte.
Le plaisir.

La science, c’est trop important pour ne pas y prendre plaisir.

La rencontre des idées et la recherche de meilleures explications me donnent chaque jour envie de poursuivre le travail — si on peut appeler ça du travail.

Charles Alexandre Bédard échange avec des interlocuteurs, les mains en mouvement, vêtu de son veston vert et de son t-shirt J/bit.

Contact

Pour échanger sur la recherche, collaborer ou proposer une invitation.