Au cours des quatre dernières décennies, l'industrie électronique a été guidée par ce qu'on appelle la « loi de Moore, " qui n'est pas une loi mais plutôt un axiome ou un constat. Effectivement, cela suggère que les appareils électroniques doublent en vitesse et en capacité environ tous les deux ans. Et en effet, chaque année, les entreprises technologiques proposent de nouvelles, plus rapide, gadgets plus intelligents et meilleurs.

Spécifiquement, La loi de Moore, comme l'a expliqué le cofondateur d'Intel Gordon Moore, est que "Le nombre de transistors incorporés dans une puce doublera approximativement tous les 24 mois." Transistors, petits interrupteurs électriques, sont l'unité fondamentale qui pilote tous les gadgets électroniques auxquels nous pouvons penser. Au fur et à mesure qu'ils deviennent plus petits, ils sont également plus rapides et consomment moins d'électricité pour fonctionner.

Dans le monde de la technologie, l'une des plus grandes questions du 21e siècle est :jusqu'à quel point pouvons-nous fabriquer des transistors ? S'il y a une limite à la taille qu'ils peuvent obtenir, nous pourrions atteindre un point où nous ne pouvons plus continuer à faire plus petit, plus puissant, appareils plus efficaces. C'est une industrie avec plus de 200 milliards de dollars de revenus annuels aux États-Unis seulement. Pourrait-il arrêter de grandir ?

Se rapprocher de la limite

À l'heure actuelle, des entreprises comme Intel produisent en masse des transistors de 14 nanomètres de diamètre, soit seulement 14 fois plus larges que les molécules d'ADN. Ils sont en silicone, le deuxième matériau le plus abondant sur notre planète. La taille atomique du silicium est d'environ 0,2 nanomètre.

Les transistors d'aujourd'hui ont une largeur d'environ 70 atomes de silicium, donc la possibilité de les rendre encore plus petits se rétrécit elle-même. Nous approchons de la limite de la taille d'un transistor.

Maintenant, les transistors utilisent des signaux électriques – des électrons se déplaçant d'un endroit à un autre – pour communiquer. Mais si nous pouvions utiliser la lumière, constitué de photons, à la place de l'électricité, nous pourrions fabriquer des transistors encore plus rapidement. Mon travail, sur la recherche de moyens d'intégrer le traitement basé sur la lumière avec les puces existantes, fait partie de cet effort naissant.

Mettre de la lumière dans une puce

Un transistor a trois parties; Considérez-les comme faisant partie d'un appareil photo numérique. D'abord, l'information arrive dans l'objectif, analogue à la source d'un transistor. Ensuite, il voyage à travers un canal du capteur d'image aux fils à l'intérieur de la caméra. Et enfin, les informations sont stockées sur la carte mémoire de l'appareil photo, qui s'appelle le "drain" d'un transistor - où l'information finit par aboutir.

À l'heure actuelle, tout cela se produit en déplaçant des électrons. Pour substituer la lumière comme médium, nous devons en fait déplacer les photons à la place. Les particules subatomiques comme les électrons et les photons se déplacent dans un mouvement ondulatoire, vibrant de haut en bas même lorsqu'ils se déplacent dans une direction. La longueur de chaque vague dépend de ce qu'elle traverse.

En silicium, la longueur d'onde la plus efficace pour les photons est de 1,3 micromètre. C'est très petit - un cheveu humain mesure environ 100 micromètres de diamètre. Mais les électrons dans le silicium sont encore plus petits - avec des longueurs d'onde de 50 à 1, 000 fois plus courte que les photons.

Cela signifie que l'équipement pour gérer les photons doit être plus grand que les dispositifs de gestion des électrons dont nous disposons aujourd'hui. Il pourrait donc sembler que cela nous obligerait à construire des transistors plus gros, plutôt que des plus petits.

Cependant, pour deux raisons, nous pourrions garder les puces de la même taille et fournir plus de puissance de traitement, rétrécir les copeaux tout en fournissant la même puissance, ou, potentiellement les deux. D'abord, une puce photonique n'a besoin que de quelques sources lumineuses, générer des photons qui peuvent ensuite être dirigés autour de la puce avec de très petites lentilles et miroirs.

Et deuxieme, la lumière est beaucoup plus rapide que les électrons. En moyenne, les photons peuvent voyager environ 20 fois plus vite que les électrons dans une puce. Cela signifie des ordinateurs 20 fois plus rapides, une augmentation de la vitesse qui prendrait environ 15 ans à atteindre avec la technologie actuelle.

Les scientifiques ont démontré des progrès vers les puces photoniques ces dernières années. L'un des principaux défis consiste à s'assurer que les nouvelles puces à base de lumière peuvent fonctionner avec toutes les puces électroniques existantes. Si nous sommes capables de comprendre comment le faire - ou même d'utiliser des transistors à base de lumière pour améliorer les transistors électroniques - nous pourrions voir une amélioration significative des performances.

Quand puis-je obtenir un ordinateur portable ou un smartphone basé sur la lumière ?

Il nous reste encore du chemin à parcourir avant que le premier appareil grand public n'arrive sur le marché, et progresser prend du temps. Le premier transistor a été fabriqué en 1907 à l'aide de tubes à vide, qui mesuraient généralement entre un et six pouces de hauteur (en moyenne 100 mm). En 1947, le type actuel de transistor - celui qui ne fait maintenant que 14 nanomètres de diamètre - a été inventé et il mesurait 40 micromètres de long (environ 3, 000 fois plus longue que l'actuelle). Et en 1971, le premier microprocesseur commercial (la centrale de tout gadget électronique) était 1, 000 fois plus gros qu'aujourd'hui lors de sa sortie.

Les vastes efforts de recherche et l'évolution consécutive observée dans l'industrie électronique ne font que commencer dans l'industrie photonique. Par conséquent, l'électronique actuelle peut effectuer des tâches bien plus complexes que les meilleurs dispositifs photoniques actuels. Mais au fur et à mesure que la recherche avance, la capacité de la lumière rattrapera, et finalement surpasser, vitesses de l'électronique. Quel que soit le temps qu'il faut pour y arriver, l'avenir de la photonique est radieux.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.