La Chine met au point une puce photonique capable de réduire la vitesse de la lumière

Un groupe de chercheurs de l'Institut de Technologie Avancée de Shenzhen, affilié à l'Académie Chinoise des Sciences, a récemment conduit une étude approfondie sur la vitesse de la lumière dans une puce électronique photonique. Ces puces jouent un rôle crucial dans l'amélioration des capacités de détection de la lumière, des communications optiques et de l'informatique quantique.

Mais qu'est-ce exactement que les puces photoniques, et en quoi représentent-elles l'avenir de l'informatique ? Les puces photoniques sont des dispositifs qui exploitent la lumière, à savoir les photons, plutôt que l'électricité (électrons), pour effectuer des opérations logiques et arithmétiques. Bien qu'elles présentent une précision similaire à celle des puces électroniques traditionnelles, elles se distinguent par leur consommation nettement moindre en énergie et leur rapidité accrue.

Cette caractéristique les rend idéales pour des applications nécessitant des performances élevées et une faible latence, telles que l'intelligence artificielle, le traitement d'images et l'analyse de données.

Selon une étude, réduire la vitesse de la lumière renforce la puissance lumineuse, ce qui avantage considérablement les puces photoniques. Bien que la lumière voyage à une vitesse constante et insurmontable dans le vide, elle ralentit lorsqu'elle traverse d'autres matériaux tels que l'air, l'eau ou le verre. Cette caractéristique permet un meilleur contrôle de la lumière, modifiant ainsi sa direction, son intensité et sa couleur. Cette propriété s'avère essentielle pour les puces photoniques, car elle facilite la création de circuits optiques plus complexes et plus efficaces pour le traitement de l'information.

Le professeur Li Guangyuan, responsable d'une étude sur l'ingénierie optique à Shenzhen, a expliqué : "En réduisant la vitesse de la lumière, l'énergie contenue dans la lumière augmente." Il ajoute : "Cela signifie que, si le dispositif a la même taille, la lumière parcourt une distance plus grande lors de l'interaction, augmentant fondamentalement la capacité d'une puce photonique."

Comment la technologie chinoise abaisse le coût des puces photoniques et élargit leurs applications

Li Guangyuan et son équipe ont conçu une puce photonique capable de réduire la vitesse de la lumière de plus de 10 000 fois, avec une efficacité remarquable, perdant seulement environ 20 % de l'énergie, bien moins que dans d'autres expériences.

La méthode employée pour manipuler la vitesse de la lumière repose sur l'utilisation de 'métasurfaces', des matériaux artificiels composés de nanostructures. Ces nanostructures provoquent des vibrations dans la lumière, modifiant son intensité et sa phase. La lumière traversant ces atomes artificiels peut être perdue en raison de l'absorption du matériau ou de la diffusion de la lumière, entraînant ainsi une diminution de la durée de vie des photons et limitant la réduction de la vitesse de la lumière.

Pour remédier à ce problème, l'équipe de Li a perfectionné les matériaux et la structure de la puce photonique. Il explique : "Par exemple, les métaux absorbent fortement la lumière infrarouge, c'est pourquoi nous utilisons du silicium qui ne l'absorbe pas. Cependant, le silicium absorbe la lumière visible, alors dans ces cas, nous optons pour des matériaux transparents tels que le nitrure de silicium ou le dioxyde de titane".

En termes de conception, les chercheurs ont affiné un concept appelé "résonance de plasmon de surface", impliquant un motif périodique à la surface pour prévenir toute fuite d'énergie. Li a soutenu que cette technologie pouvait également réduire les coûts de production des puces photoniques tout en élargissant leurs possibilités.

"Avec la technologie des métasurfaces, les puces photoniques peuvent être aussi minces que des autocollants ou des pièces de LEGO, facilitant une superposition fonctionnelle".

Les chercheurs ont intégré la technologie de Li pour implémenter des puces photoniques dans divers dispositifs tels que des capteurs, des lasers et des LED au fil des dernières années.

Dans son étude, Li précise que "ces dispositifs photoniques présentent des performances restreintes en raison de la courte distance que la lumière parcourt dans ces puces photoniques extrêmement fines. En tirant parti de l'effet de la lumière lente, il est possible d'apporter des améliorations significatives aux performances."