La lumière est en train de devenir le principal véhicule de traitement de l'information dans les ordinateurs et les télécommunications à mesure que nos besoins en efficacité énergétique et en bande passante augmentent.

Déjà l'étalon-or pour la communication intercontinentale par fibre optique, les photons remplacent les électrons en tant que principaux vecteurs d'information à travers les réseaux optiques et au cœur même des ordinateurs eux-mêmes.

Cependant, il reste des barrières techniques importantes pour achever cette transformation. Les circuits en silicium standard de l'industrie qui prennent en charge la lumière sont plus d'un ordre de grandeur plus grands que les transistors électroniques modernes. Une solution consiste à « compresser » la lumière à l'aide de guides d'ondes métalliques, mais cela nécessiterait non seulement une nouvelle infrastructure de fabrication, mais aussi la façon dont la lumière interagit avec les métaux sur les puces signifie que l'information photonique est facilement perdue.

Aujourd'hui, des scientifiques australiens et allemands ont développé une méthode modulaire pour concevoir des dispositifs à l'échelle nanométrique pour aider à surmonter ces problèmes, combinant le meilleur de la conception de puce traditionnelle avec l'architecture photonique dans une structure hybride. Leurs recherches sont publiées aujourd'hui dans Communication Nature .

"Nous avons construit un pont entre les systèmes photoniques au silicium standard de l'industrie et les guides d'ondes à base de métal qui peuvent être rendus 100 fois plus petits tout en conservant leur efficacité, ", a déclaré l'auteur principal, le Dr Alessandro Tuniz, du Nano Institute et de la School of Physics de l'Université de Sydney.

Cette approche hybride permet la manipulation de la lumière à l'échelle nanométrique, mesuré en milliardièmes de mètre. Les scientifiques ont montré qu'ils peuvent réaliser une manipulation de données à 100 fois plus petite que la longueur d'onde de la lumière transportant l'information.

"Ce type d'efficacité et de miniaturisation sera essentiel pour transformer le traitement informatique en fonction de la lumière. Il sera également très utile dans le développement de systèmes d'information quantiques-optiques, une plate-forme prometteuse pour les futurs ordinateurs quantiques, " a déclaré le professeur agrégé Stefano Palomba, co-auteur de l'Université de Sydney et leader en nanophotonique à Sydney Nano.

« À terme, nous nous attendons à ce que les informations photoniques migrent vers le processeur, le cœur de tout ordinateur moderne. Une telle vision a déjà été tracée par IBM."

Les dispositifs à l'échelle nanométrique sur puce qui utilisent des métaux (appelés dispositifs « plasmoniques ») permettent une fonctionnalité qu'aucun dispositif photonique conventionnel ne permet. Notamment, ils compressent efficacement la lumière jusqu'à quelques milliardièmes de mètre et améliorent ainsi énormément, sans interférence, interactions lumière-matière.

« En plus de révolutionner le traitement général, ceci est très utile pour les processus scientifiques spécialisés tels que la nano-spectroscopie, détection à l'échelle atomique et détecteurs à l'échelle nanométrique, " a déclaré le Dr Tuniz également du Sydney Institute of Photonics and Optical Science.

Cependant, leur fonctionnalité universelle était entravée par le recours à des conceptions ad hoc.

"Nous avons montré que deux conceptions distinctes peuvent être réunies pour améliorer une puce ordinaire qui n'avait auparavant rien de spécial, " a déclaré le Dr Tuniz.

Cette approche modulaire permet une rotation rapide de la polarisation de la lumière dans la puce et, à cause de cette rotation, permet rapidement une nano-focalisation jusqu'à environ 100 fois inférieure à la longueur d'onde.

Le professeur Martijn de Sterke est directeur de l'Institut de photonique et d'optique de l'Université de Sydney. Il a déclaré:"L'avenir du traitement de l'information impliquera probablement des photons utilisant des métaux qui nous permettront de compresser la lumière à l'échelle nanométrique et d'intégrer ces conceptions dans la photonique au silicium conventionnelle."