ordinateurs laser

La fréquence d'horloge de 1 GHz dans les processeurs est d'un milliard d'opérations par seconde. Beaucoup, mais les meilleurs modèles actuellement disponibles pour le consommateur moyen en font déjà plusieurs fois plus. Et si ça s'accélérait... un million de fois ?

C'est ce que promet la nouvelle technologie informatique, utilisant des impulsions de lumière laser pour basculer entre les états "1" et "0". Cela découle d'un simple calcul quadrillions de fois par seconde.

Dans des expériences menées en 2018 et décrites dans la revue Nature, des chercheurs ont tiré des faisceaux laser infrarouges pulsés sur des réseaux en nid d'abeilles de tungstène et de sélénium (1). Cela a provoqué la commutation de l'état zéro et un dans la puce de silicium combinée, tout comme dans un processeur informatique conventionnel, seulement un million de fois plus rapidement.

Comment est-ce arrivé? Les scientifiques le décrivent graphiquement, montrant que les électrons dans les nids d'abeilles métalliques se comportent "étrangement" (mais pas autant). Excitées, ces particules sautent entre différents états quantiques, nommés par les expérimentateurs"pseudo-spinning ».

Les chercheurs comparent cela aux tapis roulants construits autour de molécules. Ils appellent ces pistes "vallées" et décrivent la manipulation de ces états de rotation comme "dolinotronique » (S).

Les électrons sont excités par des impulsions laser. Selon la polarité des impulsions infrarouges, elles "occupent" l'une des deux "vallées" possibles autour des atomes du réseau métallique. Ces deux états suggèrent immédiatement l'utilisation du phénomène dans la logique informatique zéro-un.

Les sauts d'électrons sont extrêmement rapides, en cycles femtosecondes. Et c'est là que réside le secret de l'incroyable vitesse des systèmes guidés par laser.

De plus, les scientifiques affirment qu'en raison d'influences physiques, ces systèmes sont en quelque sorte dans les deux états en même temps (superposition), ce qui crée des opportunités pour Les chercheurs soulignent que tout cela se passe dans température ambiantetandis que la plupart des ordinateurs quantiques existants nécessitent que les systèmes de qubits soient refroidis à des températures proches du zéro absolu.

"A long terme, nous voyons une réelle possibilité de créer des dispositifs quantiques qui effectuent des opérations plus rapidement qu'une simple oscillation d'une onde lumineuse", a déclaré le chercheur dans un communiqué. Rupert Huber, professeur de physique à l'Université de Ratisbonne, Allemagne.

Cependant, les scientifiques n'ont pas encore effectué de véritables opérations quantiques de cette manière, de sorte que l'idée d'un ordinateur quantique fonctionnant à température ambiante reste purement théorique. Il en va de même pour la puissance de calcul normale de ce système. Seul le travail des oscillations a été démontré et aucune opération de calcul réelle n'a été effectuée.

Des expériences similaires à celles décrites ci-dessus ont déjà été réalisées. En 2017, une description de l'étude a été publiée dans Nature Photonics, notamment à l'Université du Michigan aux États-Unis. Là, des impulsions de lumière laser d'une durée de 100 femtosecondes ont été passées à travers un cristal semi-conducteur, contrôlant l'état des électrons. En règle générale, les phénomènes se produisant dans la structure du matériau étaient similaires à ceux décrits précédemment. Ce sont les conséquences quantiques.

Copeaux légers et pérovskites

Faire "ordinateurs laser quantiques » il est traité différemment. En octobre dernier, une équipe de recherche américano-japonaise-australienne a présenté un système informatique léger. Au lieu de qubits, la nouvelle approche utilise l'état physique des faisceaux laser et des cristaux personnalisés pour convertir les faisceaux en un type spécial de lumière appelée "lumière comprimée".

Pour que l'état du cluster démontre le potentiel de l'informatique quantique, le laser doit être mesuré d'une certaine manière, et cela est réalisé à l'aide d'un réseau intriqué quantique de miroirs, d'émetteurs de faisceaux et de fibres optiques (2). Cette approche est présentée à petite échelle, ce qui n'offre pas des vitesses de calcul suffisamment élevées. Cependant, les scientifiques affirment que le modèle est évolutif et que des structures plus grandes pourraient éventuellement obtenir un avantage quantique par rapport aux modèles quantiques et binaires utilisés.

2. Faisceaux laser traversant un réseau enchevêtré de miroirs

"Bien que les processeurs quantiques actuels soient impressionnants, il n'est pas clair s'ils peuvent être mis à l'échelle à de très grandes tailles", note Science Today. Nicolas Ménicucci, chercheur collaborateur au Centre for Quantum Computing and Communication Technology (CQC2T) de l'Université RMIT de Melbourne, en Australie. "Notre approche commence par une évolutivité extrême intégrée à la puce dès le départ car le processeur, appelé l'état du cluster, est fait de lumière."

De nouveaux types de lasers sont également nécessaires pour les systèmes photoniques ultrarapides (voir aussi :). Des scientifiques de l'Université fédérale d'Extrême-Orient (FEFU) - ainsi que des collègues russes de l'Université ITMO, ainsi que des scientifiques de l'Université du Texas à Dallas et de l'Université nationale australienne - ont rapporté en mars 2019 dans la revue ACS Nano qu'ils avaient développé un moyen efficace, rapide et bon marché de produire lasers pérovskites. Leur avantage par rapport aux autres types est qu'ils fonctionnent de manière plus stable, ce qui est d'une grande importance pour les puces optiques.

« Notre technologie d'impression laser aux halogénures offre un moyen simple, économique et hautement contrôlé de produire en masse une variété de lasers pérovskites. Il est important de noter que l'optimisation de la géométrie dans le procédé d'impression laser permet pour la première fois d'obtenir des microlasers pérovskites monomodes stables (3). De tels lasers sont prometteurs dans le développement de divers dispositifs optoélectroniques et nanophotoniques, capteurs, etc. », a expliqué Aleksey Zhishchenko, chercheur au centre FEFU, dans la publication.

3. Faisceaux laser pérovskite

Bien sûr, nous ne verrons pas bientôt des ordinateurs personnels « marcher sur des lasers ». Jusqu'à présent, les expériences décrites ci-dessus sont des preuves de concept, pas même des prototypes de systèmes informatiques.

Cependant, les vitesses offertes par la lumière et les faisceaux laser sont trop tentantes pour que les chercheurs, puis les ingénieurs, refusent cette voie.