Edoardo Charbon EPFL Neuchâtel physique quantique

Portrait d'Edoardo Charbon

3/04/2019

Originaire de Collina d’Oro, proche de Lugano

Habite à Jouxtens-Mézery, Canton de Vaud

Né en 1964

Directeur du laboratoire AQUA, EPFL Neuchâtel

Edoardo Charbon

D’origine tessinoise, Edoardo quitte sa patrie pour Zürich, où il réalise son Bachelor, à l’ETHZ. Il traverse ensuite l’Atlantique et obtient son Master à U.C. San Diego, puis son PhD à U.C. Berkeley. De retour en Europe, il enseigne dans deux universités : à Delft, de 2008 à 2016, en tant que professeur ordinaire, où il travaille pour la première fois sur les technologies quantiques ; à l’EPFL, dès 2002, où il est professeur assistant et titulaire, avant d’être nommé professeur ordinaire en 2015.

Actuellement, il dirige le laboratoire AQUA (Advanced Quantum Architecture Laboratory), situé dans le bâtiment de l’antenne neuchâteloise de l’EPFL. Il s’appuie sur une trentaine de collaborateurs et collaboratrices. Il apprécie particulièrement la multiculturalité ainsi que l’esprit collaboratif qui règne au sein de l’équipe. Il applique un management orienté sur les résultats où l’efficacité prime sur le temps passé au laboratoire.

 

Quels sont les principes importants qui régissent la physique quantique ?

La physique quantique, née au XXème siècle, permet de décrire certains comportements non-triviaux des atomes et des particules, ce que la physique classique (XIXème siècle) ne pouvait pas expliquer. À partir d’une idée de Planck, Einstein a émis l’hypothèse que les ondes lumineuses sont également constituées de corpuscules, les photons. Le premier principe important à comprendre est celui de la superposition d’états. Un photon, un électron ou même un atome peut se trouver simultanément dans des états d’énergies différents.

De ce premier principe découle un deuxième principe, celui d’intrication : les parties (atomes par exemple) des systèmes ayant interagi d’une certaine façon restent liées, ce qui permet de faire changer simultanément l’état des deux systèmes. Ce sont des principes utilisés dans l‘informatique quantique et dans d’autres domaines de la science et de l’ingénierie.

Quelle technologie utilisez-vous principalement dans vos recherches ?

La technologie CMOS (Complementary Metal-Oxyde Semiconductor) est utilisée dans toutes les micropuces : ordinateurs, téléphones, appareils électroniques etc, et évolue constamment depuis sa création dans les années 60.  C'est une technologie de fabrication de composants électroniques et par extension, les composants fabriqués selon cette technologie.

La technologie CMOS s’applique dans un circuit intégré, aussi appelé puce électronique. Ce circuit correspond à un composant électronique, basé sur un semi-conducteur, reproduisant une, ou plusieurs, fonctions électroniques plus ou moins complexes. Il intégre souvent plusieurs types de composants électroniques dans un volume réduit. Le transistor est l’un de ces composants électroniques, qui fonctionne comme un interrupteur. Si plusieurs transistors sont branchés ensembles, le comportement de l’ensemble du montage dépend de l’état de chaque transistor, bloquant ou passant.  

Comment appliquez-vous la technologie CMOS dans vos projets ?

Nous avons utilisé cette technologie pour produire des détecteurs appelés SPAD – Single Photon Avalanche Diode – mesurant quelques micromètres de large. Ils permettent de détecter, compter et chronométrer les photons uniques naturels ou artificiels de l’environnement. Une caméra miniature constituée de millions de SPAD pixels peut mesurer des distances de quelques centimètres à plusieurs kilomètres. Cette technologie a été intégrée dans des dizaines marques de téléphones portables. En effet, derrière la vitre du téléphone, un détecteur est intégré afin de déterminer si une personne se trouve devant l’écran ou non, et permet de déterminer si l’écran doit rester allumé ou éteint. Ceci a permis d’augmenter fortement la durée de vie des batteries. En 2018, 1 milliard de ces détecteurs ont été vendus.

Une autre technologie, également basée sur SPAD, permet en médecine, par exemple, de visualiser beaucoup plus précisément les tumeurs. En effet, lorsqu’un scanner TEP – tomographie à émission de positons – est réalisé pour localiser une tumeur, le produit de contraste injecté se lie aux cellules cancéreuses. Or les molécules du produit, émettent des positons, qui lorsqu’ils rencontrent des électrons, émettent de l’énergie sous forme de rayons gamma. Ces rayons gamma sont détectés par le SPAD par scintillation et un ordinateur reconstruit l’image de la tumeur en 3D. Cela permet de visualiser et éliminer la tumeur de manière très précise et avec le minimum d’impact possible sur le corps.

Pour en savoir plus sur la technologie CMOS-SPADs, visitez la page du laboratoire AQUA

Victoria Barras