Grant: Collaborative Science, Technology and Innovation Program - Collaborative R&D Initiatives

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Canadian rural and remote communities often suffer from troublesome broadband Internet access and services resulting from irresponsive network operations and maintenance. With today’s artificial intelligence (AI) and machine learning (ML) technologies, we will adopt a data-driven approach to an automated diagnosis and troubleshooting process of network operational issues. Furthermore, with the use of multiple radio access technologies, an adaptive and intelligent decision can be made locally and collaboratively to provide responsive and uninterrupted self-maintainable solutions. This project aims to provide AI-assisted solutions to automate the network maintenance for operations and mitigate unnecessary site visits and wasted operations efforts. We will study the causal network models for root cause analysis of common access network issues, targeting at effective diagnostic solutions leading to autonomous and self-maintainable network operations for all residents living in rural and remote communities in Canada.

Communication quantique en espace libre avec clés à dimensions multiples L’information et les communications jouent un rôle central dans la société moderne actuelle. La sécurité des communications est essentielle pour la stabilité de nos infrastructures et de nos secteurs des finances et de la santé. Elle assure de plus le bon fonctionnement des organisations gouvernementales de défense et de sécurité. Les protocoles de communication sécurisée actuels sont devenus vulnérables face aux avancées réalisées en informatique quantique. La transmission de photons dans un état quantique minutieusement préparé offre un ensemble de solutions permettant des communications plus sécuritaires, capables de résister aux attaques tirant parti de l’informatique quantique. La distribution de clés de sécurité entre au moins deux entités d’un réseau est l’un des sujets les plus étudiés pour l’échange de messages sécurisés en communication classique ou quantique. Des progrès fondamentaux doivent être réalisés en matière de traitement quantique de l’information et plusieurs défis techniques doivent être surmontés avant la mise en place d’un réseau de communication quantique disponible et fiable. Le présent projet vise à faire avancer ces deux aspects grâce à une série d’efforts axés sur la communication quantique en conditions réelles et l’exploration des caractéristiques fondamentales du traitement de l’information quantique à dimensions multiples à l’échelle du laboratoire. Plus explicitement, il visera les objectifs suivants sur les trois prochaines années : • Mise en place du plus long segment de communication quantique intra-urbain jamais conçu. • Mise au point d’un réseau quantique prototype destiné à être relié au satellite canadien de communication sécurisée pour des communications quantiques sur de longues distances. • Création, à Ottawa, d’une capacité unique au monde permettant d’accéder et de se connecter à un ensemble de plateformes quantiques spectralement variées avec une flexibilité jamais atteinte auparavant. • Travaux de recherche fondamentale et publications sur le traitement des informations quantiques à dimensions multiples (spatiales, spectrales et temporales) ayant des retombées directes sur le développement de nouvelles approches pour les communications quantiques sécurisées et les communications robustes et à haut débit. Les principales activités envisagées pour atteindre ces objectifs sont les suivantes : • Étude et caractérisation des turbulences atmosphériques. • Communication quantique en conditions turbulentes avec analyse et correction actives du front d’onde. • Mise en place du plus long segment de communication quantique à dimensions multiples intra-urbain jamais conçu. • Mise au point de composants pour la génération, la détection et le contrôle, sur un large spectre, des états quantiques de photons utilisés pour la communication quantique à haut débit. • Initiation de travaux sur la distribution de l’intrication quantique à dimensions multiples basée sur l’interférence entre photons dans le cadre du développement des réseaux quantiques. • Génération et caractérisation de véritables intrications à dimensions multiples et application au traitement de l’information et de la communication quantiques. • Étude des interfaces lumière-matière pour la transduction et des interfaces lumière-matière temporairement multiplexées. Le responsable de programme est le professeur Ebrahim Karimi, de l’Université d’Ottawa. En collaboration avec le professeur Jeff Lundeen, de l’Université d’Ottawa, du professeur Lindsay LeBlanc, de l’Université de l’Alberta, et du professeur Christoph Simon, de l’Université de Calgary, l’équipe mettra à profit son expertise en matière de photons structurés, d’optique quantique ultrarapide et d’interfaces quantiques lumière-matière pour faire avancer le développement de réseaux quantiques faisant intervenir des photons possédant divers degrés de liberté spatiale, spectrale et temporale. Le CNRC et nos partenaires du CSTC souhaitent collaborer sur des travaux de R.-D. sur cet axe afin de jeter les bases d’une infrastructure capable de soutenir une plateforme de communication mieux sécurisée. Les chercheurs du CNRC qui collaborent avec les chercheurs principaux sont : Khabat Heshami (Ph. D., agent de recherches, théorie), Fréderic Bouchard (Ph. D., attaché de recherches, expérimentation), Duncan England (Ph. D., agent de recherches, expérimentation), Phil Bustard (Ph. D., agent de recherches, expérimentation) et Ben Sussman (Ph. D., agent de recherches, chef de groupe et responsable du programme). L’équipe de photonique quantique du CNRC apporte son expertise portant sur plusieurs aspects théoriques et expérimentaux de la photonique liés au traitement des informations quantiques et à la communication. Notre équipe expérimentale dirige la recherche et le développement concernant la photonique quantique ultrarapide. À ce jour, notre collaboration a mené à la publication de plusieurs articles dans des revues spécialisées et ce projet permettra d’étendre nos efforts qui devraient aboutir à de nouveaux résultats à fort impact. CH-FY1920-HTSN-418-1 Solutions d’intelligence artificielle pour l’automatisation de l’exploitation des réseaux destinés aux communautés éloignées Au Canada, les communautés rurales ou éloignées pâtissent souvent d’un accès et de services défectueux en matière d’Internet haut débit en raison d’un réseau poussif qui manque de maintenance. Tirant parti des nouvelles technologies en matière d’intelligence artificielle (IA) et d’apprentissage automatique, nous adopterons une approche basée sur les données pour la mise au point d’un procédé automatique de diagnostic des pannes opérationnelles sur les réseaux. De plus, grâce à l’utilisation de plusieurs techniques d’accès radio, il est possible de prendre localement et conjointement des décisions adaptées et éclairées visant à offrir des solutions d’accès ininterrompu efficaces et autoentretenues. Ce projet vise à offrir des solutions d’intelligence artificielle pour l’automatisation de la maintenance des réseaux et à éviter les visites de site et les efforts opérationnels inutiles. Nous utiliserons les modèles de réseaux pour analyser les causes profondes des problèmes communs d’accès aux réseaux, en visant des solutions de diagnostic efficaces qui permettront la mise en place de réseaux autonomes et auto-entretenus utilisables par tous les résidents des communautés rurales ou éloignées du Canada.

In the short term, anticipated outcomes will be strengthened collaborations across industry, academia, and government to support research excellence. In the medium term, anticipated outcomes will be the development of new and potentially disruptive technologies with collaborators. In the long term, find collaborative solutions to public policy challenges and create stronger innovation systems.

À court terme, les résultats prévus seront des collaborations renforcées entre l'industrie, le milieu universitaire et le gouvernement pour soutenir l'excellence en recherche. À moyen terme, les résultats attendus seront le développement de nouvelles technologies potentiellement perturbatrices avec des collaborateurs. À long terme, trouver des solutions collaboratives aux défis des politiques publiques et créer des systèmes d'innovation plus solides.

Collaborate on multiparty research and development programs to catalyze transformative, high-risk, high-reward research with the potential for game-changing scientific discoveries and technological breakthroughs in priority areas.

Collaborer à des programmes multipartites de recherche-développement dans le but de profiter de la synergie entre la recherche transformatrice à haut risque et à haut rendement et le potentiel de découvertes scientifiques et de percées technologiques révolutionnaires dans des secteurs d’intervention prioritaires.