Les commutateurs optiques, les dispositifs chargés d'envoyer des informations via des signaux téléphoniques, s'appuient sur la lumière comme moyen de transmission et sur l'électricité comme outil de traitement, nécessitant une énergie supplémentaire pour interpréter les données. Une nouvelle alternative conçue par Zhou utilise uniquement la lumière pour alimenter une transmission complète, ce qui pourrait améliorer la vitesse et l'efficacité énergétique des plates-formes de télécommunications et de calcul.

Les premiers tests de cette technologie ont montré des améliorations énergétiques significatives. Alors que les commutateurs optiques conventionnels nécessitent entre 10 et 100 femtojoules pour permettre une transmission de communication, l'appareil de Zhou consomme cent fois moins d'énergie, soit seulement un dixième à une femtojoule. La construction d'un prototype permettant le traitement de l'information en utilisant de petites quantités de lumière, via une propriété d'un matériau connue sous le nom de « réponse non linéaire », a ouvert la voie à de nouvelles opportunités dans son groupe de recherche.

"L'obtention d'une forte non-linéarité était inattendue, ce qui a ouvert une nouvelle direction que nous n'avions pas explorée auparavant :les communications quantiques", a déclaré Zhou.

Pour construire l'appareil, Zhou a utilisé la Quantum Material Press (QPress) du Center for Functional Nanomaterials (CFN), une installation utilisateur du DOE Office of Science au Brookhaven Lab qui offre un accès gratuit à des équipements de classe mondiale aux scientifiques menant des recherches ouvertes. Le QPress est un outil automatisé permettant de synthétiser des matériaux quantiques avec des couches aussi fines qu'un seul atome.

"Nous collaborons avec le groupe de Zhou depuis plusieurs années. Ils sont l'un des premiers à adopter nos modules QPress, qui comprennent un exfoliateur, un catalogueur et un empileur", a déclaré le co-auteur Suji Park, scientifique du groupe Electronic Nanomaterials. au CFN.

"Plus précisément, nous avons fourni des flocons exfoliés de haute qualité adaptés à leurs demandes, et nous avons travaillé en étroite collaboration pour optimiser les conditions d'exfoliation de leurs matériaux. Ce partenariat a considérablement amélioré leur processus de fabrication d'échantillons."

Ensuite, l'équipe de recherche de Zhou vise à augmenter l'efficacité énergétique jusqu'à la plus petite quantité d'énergie électromagnétique, un défi majeur pour permettre les communications dites quantiques, qui offrent une alternative prometteuse pour la sécurité des données.

À la suite de l’augmentation des cyberattaques, la mise en place d’une protection sophistiquée contre les pirates informatiques suscite un intérêt scientifique croissant. Les données transmises via les canaux de communication conventionnels peuvent être lues et copiées sans laisser de trace, ce qui a coûté des milliers de violations à 350 millions d'utilisateurs l'année dernière, selon un récent rapport de Statista.

Les communications quantiques, en revanche, offrent une alternative prometteuse car elles codent les informations à l’aide de la lumière, qui ne peut être interceptée sans altérer son état quantique. La méthode de Zhou pour améliorer la non-linéarité des matériaux est un pas de plus vers la mise en œuvre de ces technologies.