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Une diode optique miniature pour calculer avec de la lumière

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En théorie, des ordinateurs optiques pourraient dépasser les performances des ordinateurs électroniques mais les recherches sont restées décevantes jusqu'à présent. Pourtant, certains composants optiques existent bel et bien, comme la diode optique miniature que viennent de mettre au point des chercheurs du MIT.

Caroline Ross au MIT, l'un des chercheurs à l'origine de la nouvelle diode optique. © Allegra Boverman

Les composants électroniques élémentaires d'un ordinateur (transistors, portes logiques, oscillateurs) peuvent fonctionner beaucoup plus vite que l'ordinateur lui-même. Malheureusement, différents phénomènes dans ces composants, comme des interférences électromagnétiques, ralentissent les systèmes lorsqu'on tente de les faire fonctionner à hautes fréquences. Les courants d'électrons dans les circuits sont de toute façon plus lents que les rayons lumineux et ils conduisent à beaucoup de pertes d'énergie. Une solution serait de construire des ordinateurs optiques utilisant, par exemple, des faisceaux lasers pour faire leur calcul.

L'idée de faire du calcul numérique avec de la lumière et même des ordinateurs optiques est ancienne car Von Neumann en parlait déjà dans les années 1940. À partir des années 1960 des systèmes mettaient déjà à profit des faisceaux lumineux pour faire du traitement du signal, en particulier des transformations de Fourier d'images à usage militaire, plus vite qu'avec des dispositifs électroniques. 

Malheureusement, et bien qu'il y ait des controverses entre spécialistes quant à l'avenir des ordinateurs optiques, il faut bien dire que les rêves que l'on faisait à leur sujet ne sont toujours pas devenus une réalité.

Des puces photoniques pour le traitement du signal et des images

Toutefois, comme l'informatique utilise déjà les impulsions lumineuses transportées par les fibres optiques, les travaux sur des puces photoniques ont continué. En effet, avant d'exploiter les données transmises par les réseaux de fibres optiques, il faut les traduire en courants d'électrons pour qu'elles puissent être traitées par les semi-conducteurs. Cela occasionne des retards dont on se passerait bien, d'où l'idée d'avoir recours, au moins pour du traitement d'images, à des puces photoniques.

Le mathématicien Von Neumann, l'un des pères fondateurs de l'informatique. © Penn State University

Diverses tentatives ont été faites mais il faudrait arriver à obtenir des composantes microscopiques fonctionnant sur un support en silicium. C'est précisément ce que vient de réussir un groupe de chercheurs du MIT qui a créé une diode optique miniature (des diodes optiques existaient déjà) comme il l'explique dans un article de Nature photonics. Comme son homologue électronique, elle laisse passer les photons dans un sens et pas dans un autre.

Pour obtenir ce nouveau composant, les chercheurs ont dû résoudre deux problèmes. Le premier est de fabriquer un matériau à la fois magnétique et transparent, ce qui n'est pas évident. La solution trouvée est d'utiliser un type de grenat. Mais comme il fallait pouvoir le déposer en fine couche sur un support en silicium, cela a constitué un second problème, finalement résolu. L'un des avantages d'avoir une telle diode sur un support de silicium c'est que l'on peut bénéficier des techniques, bien rodées, de fabrication des puces.