En forçant la lumière à traverser un espace plus petit que jamais, les chercheurs ont ouvert la voie aux ordinateurs basés sur la lumière au lieu de l'électronique.

La lumière est souhaitable pour une utilisation en informatique car elle peut transporter une plus grande densité d'informations et est beaucoup plus rapide et plus efficace que l'électronique conventionnelle. Cependant, la lumière n'interagit pas facilement avec elle-même, Ainsi, bien qu'il puisse être utilisé pour déplacer des informations rapidement, il n'est pas très bon pour traiter l'information.

Par exemple, la lumière est actuellement utilisée pour transférer des informations sur de longues distances, comme dans les câbles transatlantiques et les fibres optiques, qui offrent une connexion Internet rapide. Cependant, une fois que l'information atteint votre ordinateur, l'électronique est nécessaire pour le convertir et le traiter.

Afin d'utiliser la lumière pour le traitement des puces électroniques, plusieurs obstacles importants doivent être surmontés. Par exemple, la lumière peut être amenée à interagir à l'aide de matériaux particuliers, mais seulement sur des distances relativement longues. Maintenant, cependant, une équipe de l'Imperial College de Londres a fait un grand pas en avant en réduisant de 10 la distance sur laquelle la lumière peut interagir, 000 fois.

Cela signifie que ce qui auparavant aurait pris des centimètres à réaliser peut maintenant être réalisé à l'échelle du micromètre (un millionième de mètre), faire entrer le traitement optique dans le domaine des transistors électriques, qui alimentent actuellement les ordinateurs personnels. Les résultats sont publiés aujourd'hui dans la revue Science .

Dr Michael Nielsen, du Département de physique de l'Impériale, a déclaré :« Cette recherche a coché l'une des cases nécessaires à l'informatique optique.

"Parce que la lumière n'interagit pas facilement avec elle-même, les informations envoyées à l'aide de la lumière doivent être converties en un signal électronique, puis de nouveau dans la lumière. Notre technologie permet de réaliser le traitement uniquement avec la lumière."

Normalement, lorsque deux faisceaux lumineux se croisent, les photons individuels n'interagissent pas ou ne se modifient pas, comme le font deux électrons lorsqu'ils se rencontrent. Des matériaux optiques non linéaires spéciaux peuvent faire interagir les photons, mais l'effet est généralement très faible. Cela signifie qu'une longue durée du matériau est nécessaire pour accumuler progressivement l'effet et le rendre utile.

Cependant, en pressant la lumière dans un canal de seulement 25 nanomètres (25 milliardièmes de mètre) de large, l'équipe impériale augmenta son intensité. Cela a permis aux photons d'interagir plus fortement sur une courte distance, changer la propriété de la lumière qui émergeait de l'autre extrémité du canal d'un micromètre de long.

Le contrôle de la lumière à une si petite échelle est une étape importante dans la construction d'ordinateurs qui utilisent la lumière au lieu de l'électronique. L'informatique électronique est à la limite de l'efficacité; alors qu'il est possible de faire un processeur électronique plus rapide, le coût énergétique du déplacement plus rapide des données de mémoire autour de l'ordinateur est trop élevé.

Pour rendre les ordinateurs plus puissants, les processeurs sont plutôt plus petits, donc plus peuvent tenir dans le même espace, sans augmenter la vitesse de traitement. Le traitement optique peut générer peu ou pas de chaleur, ce qui signifie que l'utilisation de la lumière peut rendre les ordinateurs beaucoup plus rapides et plus efficaces.

L'équipe a obtenu cet effet en utilisant un canal métallique pour concentrer la lumière à l'intérieur d'un polymère précédemment étudié pour une utilisation dans des panneaux solaires. Les métaux sont plus efficaces pour focaliser la lumière que les matériaux transparents traditionnels, et sont également utilisés pour diriger des signaux électriques.

La nouvelle technologie est donc non seulement plus efficace, mais peut être intégré à l'électronique actuelle.

Dr Rupert Oulton, du département de physique de l'Impériale a déclaré :« L'utilisation de la lumière pour transférer des informations s'est rapprochée de nos maisons. Elle a d'abord été utilisée dans les câbles transatlantiques, où la capacité était la plus cruciale, mais maintenant, la fibre optique à large bande est installée dans de plus en plus de rues au Royaume-Uni. Alors que notre soif de plus de données augmente, l'optique devra entrer dans la maison, et finalement à l'intérieur de nos ordinateurs."

En plus de fournir une étape importante vers l'informatique optique, la réalisation de l'équipe résout potentiellement un problème de longue date en optique non linéaire. Étant donné que les faisceaux lumineux en interaction de différentes couleurs traversent un matériau optique non linéaire à différentes vitesses, ils peuvent devenir « déphasés » et l'effet souhaité peut être perdu.

Dans le nouvel appareil, parce que la lumière parcourt une si courte distance, il n'a pas le temps de se déphaser. Cela élimine le problème, et permet aux dispositifs optiques non linéaires d'être plus polyvalents dans le type de traitement optique qui peut être réalisé.

Encadré :Qu'est-ce que l'optique non linéaire ?

Le processus par lequel les photons sont amenés à interagir est appelé optique non linéaire. Les technologies qui l'utilisent sont assez courantes - un exemple simple est un pointeur laser vert. Il est difficile de faire un laser vert directement, des cristaux optiques non linéaires sont donc utilisés pour convertir la lumière infrarouge en vert.

Lumière infrarouge invisible d'une diode laser à semi-conducteur, alimenté par piles, passe à travers un cristal qui permet aux photons d'interagir les uns avec les autres. Ici, deux photons infrarouges (invisibles) se joignent pour former un seul photon avec deux fois plus d'énergie, correspondant au feu vert.