L'avenir du calcul est radieux, littéralement.

Des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), en collaboration avec des chercheurs de l'Université McMaster et de l'Université de Pittsburgh, ont développé une nouvelle plateforme de calcul tout optique, c'est-à-dire des calculs effectués uniquement avec des faisceaux lumineux.

« La plupart des calculs utilisent actuellement des matériaux durs tels que des fils métalliques, semi-conducteurs et photodiodes pour coupler l'électronique à la lumière, " dit Amos Meeks, un étudiant diplômé à SEAS et co-premier auteur de la recherche. "L'idée derrière l'informatique tout optique est de supprimer ces composants rigides et de contrôler la lumière avec la lumière. Imaginez, par exemple, un tout doux, robot sans circuit piloté par la lumière du soleil."

Ces plates-formes reposent sur des matériaux dits non linéaires qui modifient leur indice de réfraction en réponse à l'intensité de la lumière. Lorsque la lumière traverse ces matériaux, l'indice de réfraction sur le trajet du faisceau augmente, générer le sien, guide d'onde fait de lumière. Actuellement, la plupart des matériaux non linéaires nécessitent des lasers à haute puissance ou sont modifiés en permanence par la transmission de la lumière.

Ici, les chercheurs ont développé un matériau fondamentalement nouveau qui utilise un gonflement et une contraction réversibles dans un hydrogel sous une faible puissance laser pour modifier l'indice de réfraction.

L'hydrogel est composé d'un réseau polymère gonflé d'eau, comme une éponge, et un petit nombre de molécules sensibles à la lumière connues sous le nom de spiropyrane (qui est similaire à la molécule utilisée pour teinter les lentilles de transition). Lorsque la lumière traverse le gel, la zone sous la lumière se contracte légèrement, concentrer le polymère et changer l'indice de réfraction. Lorsque la lumière est éteinte, le gel revient à son état d'origine.

Lorsque plusieurs faisceaux traversent le matériau, ils interagissent et s'influencent mutuellement, même à grande distance. Le faisceau A pourrait inhiber le faisceau B, Le faisceau B pourrait inhiber le faisceau A, les deux pourraient s'annuler ou les deux pourraient passer, créant ainsi une porte logique optique.

« Bien qu'ils soient séparés, les faisceaux se voient toujours et changent en conséquence, " a déclaré Kalaichelvi Saravanamuttu, professeur agrégé de chimie et de biologie chimique à McMaster et co-auteur principal de l'étude. « On peut imaginer, à long terme, concevoir des opérations informatiques en utilisant cette réactivité intelligente."

« Non seulement pouvons-nous concevoir des matériaux photosensibles qui changent de manière réversible leur optique, propriétés chimiques et physiques en présence de lumière, mais nous pouvons utiliser ces changements pour créer des canaux de lumière, ou poutres auto-piégées, qui peut guider et manipuler la lumière, " a déclaré le co-auteur Derek Morim, un étudiant diplômé du laboratoire de Saravanamuttu.

"La science des matériaux évolue, " a déclaré Joanna Aizenberg, le professeur Amy Smith Berylson de science des matériaux à SEAS et co-auteur principal de l'étude. "Autorégulé, les matériaux adaptatifs capables d'optimiser leurs propres propriétés en réponse à l'environnement remplacent la statique, peu énergivore, analogues à régulation externe. Notre matériau à réactivité réversible qui contrôle la lumière à des intensités exceptionnellement faibles est une autre démonstration de cette révolution technologique prometteuse."

Cette recherche a été publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciences . Il a été co-écrit par Ankita Shastri, Andy Tran, Anna V. Shneidman, Victor V. Yachine, Fariha Mahmood, Anna C. Balazs. Il a été soutenu en partie par le US Army Research Office sous le prix W911NF-17-1-0351 et par le Natural Sciences and Engineering Research Council, Fondation canadienne pour l'innovation.