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Natasha Tomm – la dompteuse de photons

Prix Schläfli 2022 en physique

Son travail pourrait contribuer à rendre les échanges de données plus sécurisés : dans sa thèse, Natasha Tomm a (co)développé une source super efficace de photons uniques.

Prix Schläfli 2022: Natasha Tomm
Image : Clemmens Spinnler

Astrid Tomczak-Plewka

Lorsqu’elle en parle, on a l’impression que la physique n’est qu’un vaste terrain de jeu sur lequel des personnes curieuses et avides de connaissances comme elle s’amusent chaque jour à leur guise. Une image qui ne rend évidemment pas vraiment justice à la complexité de la matière qu’elle traite, mais n’est pourtant pas totalement fausse non plus. Certes, l’enthousiasme de la jeune femme pour la physique a effectivement quelque chose à voir avec la légèreté et le plaisir. « J’ai eu un très bon professeur de physique, qui nous encourageait toujours à poser des questions et qui faisait aussi beaucoup de blagues, raconte la trentenaire. Je trouve fascinant d’étudier des phénomènes dans les moindres détails, jusqu’à ce que je les comprenne. Et une fois que l'on a compris les choses, on peut les manipuler de manière à les utiliser dans des applications. »

C’est pour une telle « manipulation » que Natasha Tomm est maintenant récompensée par le Prix Schläfli. Dans sa thèse de doctorat à l’Université de Bâle, elle s’est penchée sur le développement d’une source de photons uniques. Les photons, c’est-à-dire les plus petites particules de la lumière, jouent par exemple un rôle important dans l’informatique quantique et la communication de données, où ils servent de transporteurs de données. « Lorsque j’envoie un mail, c’est comme si j’envoyais une boîte contenant x photons, explique la physicienne. Si quelqu’un vole certains de ces photons en cours de route, le message arrive quand même – personne ne remarque qu’il y a eu vol de données. » En revanche, dans le cas d’une transmission au moyen de photons uniques, une fuite serait immédiatement constatée car l’information n’arrive pas à destination. Natasha Tomm et ses collègues ont développé une source dans un semi-conducteur, qui crache des photons individuels en quantités gigantesques – à savoir 1 milliard par seconde. Ces photons sont alors générés par l’excitation d’un « atome artificiel », un point quantique qui se compose de plusieurs milliers d’atomes. Normalement, les photons quittent le point quantique dans toutes les directions possibles, et une grande partie est perdue. Le groupe de recherche bâlois a maintenant positionné le point quantique dans un « entonnoir » afin d’envoyer tous les photons dans une direction précise et de les collecter efficacement pour des applications.

« Natasha a travaillé très dur et avec beaucoup de détermination. »

La physicienne brésilienne s’était déjà intéressée auparavant à la lumière et à l’optique, mais plutôt pour des applications biomédicales. « Je voulais revenir à la physique pure », dit-elle. Elle a alors postulé à des postes de PhD dans le monde entier et considère comme une chance d’avoir été prise justement à Bâle : « C’était pour moi le match parfait », affirme-t-elle. Lorsqu’elle a rejoint le groupe de recherche, le projet était déjà bien avancé. « Mon prédécesseur avait accompli un travail préparatoire formidable. » Même si elle ne cesse de parler de « chance », derrière le succès de Natasha Tomm se cache un travail acharné, comme le souligne son directeur de thèse, le professeur Richard J. Warburton : « Natasha a travaillé très dur et avec beaucoup de détermination, elle a joué un rôle majeur dans la mise en œuvre et l’interprétation des résultats. »

Le fait qu’elle récolte aujourd’hui les fruits de son travail est hautement mérité. Pour Natasha Tomm, ce prix est « une belle reconnaissance de mes années d’efforts ». Et c’est aussi une reconnaissance pour elle en tant que femme. « Recevoir un tel prix dans un environnement dominé essentiellement par les hommes rend la chose encore plus spéciale pour moi », précise-t-elle. Le contrat de Natasha Tomm avec l’université de Bâle se termine fin juin. Elle sait qu’elle quittera ensuite la Suisse, mais pas encore à quoi ressemblera exactement son avenir professionnel. « Avec mes recherches, je créerai peut-être une start-up et j’entrerai alors dans le monde de l’entreprise. »

Quitter la Suisse ne sera qu’un départ de plus dans sa vie. « Bien sûr, ma famille et mon pays me manquent. Mais je n’ai plus vécu au Brésil depuis l’âge de 17 ans », dit-elle. C’est peut-être aussi pour cette raison qu’elle trouve toujours très vite ses marques à l’étranger. Elle a par exemple passé un semestre d’échange à Leipzig : « Je suis immédiatement tombée amoureuse de l’Allemagne. » Et lorsque, plus tard, elle s’est installée à Zurich pour sa thèse de master, elle a eu un nouveau coup de foudre, cette fois pour la Suisse, raconte-t-elle en riant. « J’étais certes une étudiante pauvre et tout y était affreusement cher, mais j’en ai savouré les bons côtés : l’été au bord du lac, les montagnes. » En Suisse, elle a aussi appris à skier et redécouvert les plaisirs de la randonnée. Et elle a exploré l’Europe : « J’aime voyager, m’immerger dans des cultures et des habitudes alimentaires étrangères. » Et le revoilà, ce rire communicatif qui pourrait facilement faire oublier à quel point elle a travaillé dur pour en arriver là où elle est aujourd’hui. « J’étais une simple jeune fille venue d’une petite ville du Brésil – et maintenant, je suis récompensée par ce prix. Quel chemin parcouru. »

Sujets correspondants

Prize-winners Prix Schläfli 2022 (from upper left): Philippe Schwaller, Natasha Tomm, Anna-Katharina Pfitzner, Luca Dal Zilio
Prix Schläfli 2022 pour les quatre meilleurs doctorats en sciences naturelles

Faciliter la synthèse chimique à l'aide de modèles de langage, améliorer la compréhension des grands tremblements de terre, décrypter les bases des processus de biologie cellulaire, produire des photons uniques

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