Les systèmes informatiques actuels représentent des bits d'information, les 1 et les 0 du code binaire, avec électricité. Éléments de circuits, comme les transistors, opérer sur ces signaux électriques, produisant des sorties qui dépendent de leurs entrées.

Aussi rapides et puissants que les ordinateurs sont devenus, Ritesh Agarwal, professeur au Département de science et d'ingénierie des matériaux de la School of Engineering and Applied Science de l'Université de Pennsylvanie, sait qu'ils pourraient être plus puissants. Le domaine de l'informatique photonique vise à atteindre cet objectif en utilisant la lumière comme support.

Les recherches d'Agarwal sur l'informatique photonique se sont concentrées sur la recherche de la bonne combinaison et de la bonne configuration physique de matériaux capables d'amplifier et de mélanger les ondes lumineuses de manière analogue aux composants informatiques électroniques.

Dans un article publié en Communication Nature , lui et ses collègues ont franchi une étape importante :contrôler avec précision le mélange des signaux optiques via des champs électriques adaptés, et obtenir des sorties avec un contraste presque parfait et des rapports marche/arrêt extrêmement élevés. Ces propriétés sont essentielles à la création d'un transistor optique fonctionnel.

"Actuellement, pour calculer '5+7, ' nous devons envoyer un signal électrique pour '5' et un signal électrique pour '7, ' et le transistor fait le mélange pour produire un signal électrique pour '12, "", a déclaré Agarwal. "L'un des obstacles rencontrés avec la lumière est que les matériaux capables de mélanger les signaux optiques ont également tendance à avoir des signaux de fond très forts. Ce signal de fond réduirait considérablement le contraste et les rapports marche/arrêt, ce qui entraînerait des erreurs dans la sortie."

Avec des signaux de fond lavant la sortie prévue, qualités nécessairement calculatoires pour les transistors optiques, tels que leur rapport marche/arrêt, la force de modulation et le contraste de mixage du signal ont tous été extrêmement faibles. Les transistors électriques ont des normes élevées pour ces qualités afin d'éviter les erreurs.

La recherche de matériaux pouvant servir dans les transistors optiques est compliquée par des exigences de propriétés supplémentaires. Seuls les matériaux "non linéaires" sont capables de ce type de mélange de signaux optiques.

Pour résoudre ce problème, Le groupe de recherche d'Agarwal a commencé par trouver un système qui n'a pas de signal de fond pour démarrer :une « ceinture » nanométrique faite de sulfure de cadmium. Puis, en appliquant un champ électrique à travers la nanoceinture, Agarwal et ses collègues ont pu introduire des non-linéarités optiques dans le système qui permettent une sortie de mélange de signaux qui était autrement nulle.

"Notre système passe de zéro à des valeurs extrêmement grandes, et a donc un contraste parfait, ainsi que des taux de modulation et d'activation/désactivation importants, " dit Agarwal. " Par conséquent, pour la première fois, nous avons un appareil optique avec une sortie qui ressemble vraiment à un transistor électronique."

Avec l'un des éléments clés entrant en ligne de compte, les prochaines étapes vers un calculateur photonique consisteront à les intégrer avec des interconnexions optiques, modulateurs, et des détecteurs afin de démontrer le calcul réel.