Imaginez un ordinateur domestique fonctionnant 1 million de fois plus vite que le matériel le plus cher du marché. Imaginez maintenant ce niveau de puissance de calcul comme la norme de l’industrie. Les chercheurs de l’Université de l’Arizona espèrent ouvrir la voie à cette réalité en utilisant l’informatique optique basée sur la lumière, une nette amélioration par rapport aux transistors à base de semi-conducteurs qui dirigent actuellement le monde.
« Les transistors à base de semi-conducteurs sont présents dans tous les appareils électroniques que nous utilisons aujourd’hui », a déclaré Mohammed Hassan, professeur adjoint de physique et de sciences optiques. « Ils font partie de toutes les industries – des jouets pour enfants aux fusées – et sont les principaux éléments constitutifs de l’électronique. »
Hassan a dirigé une équipe internationale de chercheurs qui a publié l’article de recherche « Commutation optique ultra-rapide et codage de données sur les champs lumineux synthétisés » dans Avancées scientifiques en février. L’associé de recherche postdoctoral en physique de l’UArizona Dandan Hui et l’étudiant diplômé en physique Husain Alqattan ont également contribué à l’article, en plus de chercheurs de l’Ohio State University et de l’Université Ludwig Maximilian de Munich.
Les semi-conducteurs en électronique s’appuient sur des signaux électriques transmis via des micro-ondes pour autoriser ou empêcher le flux d’électricité et de données, représenté par « activé » ou « désactivé ». Hassan a déclaré que l’avenir de l’électronique reposera plutôt sur l’utilisation de la lumière laser pour contrôler les signaux électriques, ouvrant la porte à la mise en place de « transistors optiques » et au développement de l’électronique optique ultrarapide.
Crédit : Université de l’Arizona
Depuis l’invention des transistors à semi-conducteurs dans les années 1940, les progrès technologiques se sont concentrés sur l’augmentation de la vitesse à laquelle les signaux électriques peuvent être générés, mesurés en hertz. Selon Hassan, les transistors à semi-conducteurs les plus rapides au monde peuvent fonctionner à une vitesse de plus de 800 gigahertz. Le transfert de données à cette fréquence est mesuré à l’échelle des picosecondes, soit un billionième de seconde.
La puissance de traitement informatique a augmenté régulièrement depuis l’introduction du transistor à semi-conducteur, bien que Hassan ait déclaré que l’une des principales préoccupations dans le développement d’une technologie plus rapide est que la chaleur générée en continuant à ajouter des transistors à une micropuce nécessiterait finalement plus d’énergie pour refroidir que ce qui peut passer à travers la puce.
Dans leur article, Hassan et ses collaborateurs discutent de l’utilisation de l’activation et de la désactivation tout optique d’un signal lumineux pour atteindre des vitesses de transfert de données dépassant le pétahertz, mesurées à l’échelle de temps de l’attoseconde. Une attoseconde correspond à un quintillionième de seconde, ce qui signifie que le transfert de données est 1 million de fois plus rapide que les transistors à semi-conducteurs les plus rapides.
Alors qu’il a déjà été démontré que les commutateurs optiques atteignent des vitesses de traitement de l’information plus rapides que celles de la technologie à base de transistors à semi-conducteurs, Hassan et ses co-auteurs ont pu enregistrer les signaux d’activation et de désactivation d’une source lumineuse se produisant à l’échelle du milliardième de seconde. Ceci a été accompli en profitant d’une caractéristique de la silice fondue, un verre souvent utilisé en optique. La silice fondue peut changer instantanément sa réflectivité, et en utilisant des lasers ultrarapides, Hassan et son équipe ont pu enregistrer les changements dans le signal d’une lumière à l’échelle de l’attoseconde. Les travaux ont également démontré la possibilité d’envoyer des données sous la forme de « 1 » et « 0 » représentant l’activation et la désactivation via la lumière à des vitesses auparavant impossibles.
« Cette nouvelle avancée permettrait également le codage de données sur des impulsions laser ultrarapides, ce qui augmenterait la vitesse de transfert de données et pourrait être utilisé dans les communications longue distance de la Terre vers l’espace lointain », a déclaré Hassan. « Cela promet d’augmenter la vitesse limite de traitement des données et d’encodage des informations et d’ouvrir un nouveau domaine des technologies de l’information. »
Plus d’information:
Dandan Hui et al, Commutation optique ultrarapide et codage de données sur des champs lumineux synthétisés, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.adf1015