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Bientôt des ordinateurs optiques ?

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Les photons sont des particules élémentaires de la lumière. Ils sont capables de transmettre plus de données tout en consommant beaucoup moins d’énergie que les électrons utilisés dans les ordinateurs classiques. Jusqu’à présent, la commercialisation d’ordinateurs optiques, ou photoniques, se heurtait à des difficultés d’industrialisation. Une équipe de chercheurs américains a cependant annoncé avoir mis au point un algorithme qui pourrait permettre de les surmonter.

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Agrandissement d’un prototype de démultiplexeur optique dont la taille réelle ne dépasse pas celle d’un grain de poussière. La lumière infrarouge pénètre la structure de silicium par la gauche. Les motifs déterminés par un algorithme séparent deux fréquences différentes qui sont orientées vers deux sorties différentes sur la droite. © Alexander Piggott

Un algorithme pour diriger la lumière infrarouge

La solution proposée par les scientifiques de Stanford repose sur ce qu’ils appellent unalgorithme de conception inversée. Il suffit de préciser à leur logiciel la tâche que l’on souhaite assigner au circuit optique que l’on veut construire et celui-ci fournit les détails de fabrication de la structure de silicium support. Car au cœur du silicium, la lumière infrarouge peut être déviée et dirigée, à l’image de ce qui se passe pour la lumière visible au cœur du verre. Les structures conçues à l’aide de l’algorithme mis au point par les ingénieurs américains permettent donc de diriger une fréquencespécifique de lumière infrarouge vers un endroit spécifique, remplaçant ainsi le câblage classique lorsque des données sont associées à ces longueurs d’onde.

Une fois que l’algorithme a déterminé le design approprié pour la réalisation d’une tâche particulière, il devient facile d’appliquer le motif à des tranches de silicium à l’aide de procédés industriels standard. L’équipe de Stanford annonce avoir conçu ainsi un prototype de démultiplexeur tout à fait fonctionnel. Malgré quelques petites imperfections, celui-ci affiche une perte d’insertion (différence de puissance entre l’émetteur et le récepteur) de 2 dB seulement, une diaphonie (interférences entre signaux) inférieure à -11 dB et des bandes passantes supérieures à 100 nm. Ces dimensions, 2,8 x 2,8 μm, en font, par ailleurs, le plus petit séparateur de longueurs d’ondediélectrique. « Si nous avons pu, avec nos modestes moyens, obtenir un tel résultat, nous ne doutons pas qu’il soit possible de passer rapidement à la phase d’industrialisation », assure Alexander Piggott, auteur principal de l’étude parue dans le magazine Nature Photonics.

En son temps, l’automatisation de la conception des circuits a permis de populariser et de sophistiquer l’électronique. Aujourd’hui, l’automatisation du processus de conception d’interconnexions optiques pourrait mener à la commercialisation d’ordinateurs plus rapides et plus économes en énergie. Les ingénieurs de Stanford assurent que leur algorithme de conception inversée pourrait également être appliqué aux communications optiques à large bande passante, aux systèmes de microscopie compacts et aux communications quantiques ultra-sécurisées.

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