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Pousser les ordinateurs vers le pétahertz, avec des lasers femtosecondes et des diélectriques bizarres – High-teK.ca

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De nouvelles découvertes publiées par des scientifiques quantiques en Allemagne pourraient ouvrir la voie à des puces informatiques qui utilisent la lumière au lieu de l’électricité pour contrôler leur logique interne. Alors que les puces informatiques électriques à base de silicium d’aujourd’hui sont capables d’atteindre des vitesses de l’ordre du gigahertz, les puces à base de lumière allemandes seraient environ 1 000 000 fois plus rapides, fonctionnant dans la gamme des pétahertz.

Plutôt que de se concentrer sur un nouveau semi-conducteur passionnant, ou sur certains métamatériau qui manipule la lumière de manière étrange et merveilleuse, cette recherche tourne plutôt autour diélectriques. Dans le domaine de l’électronique, les matériaux appartiennent généralement à l’une des trois catégories suivantes : les porteurs de charge (conducteurs), les semi-conducteurs et les diélectriques (isolants). Comme son nom l’indique, un semi-conducteur ne conduit l’électricité qu’une partie du temps (lorsqu’il reçoit une décharge d’énergie suffisamment importante pour faire bouger ses électrons). Dans un diélectrique, les électrons sont fondamentalement immobiles, ce qui signifie que l’électricité ne peut pas les traverser. Appliquez trop d’énergie et vous détruisez le diélectrique. En règle générale, il n’y a pas de commutation : soit un diélectrique isole, soit il casse.

Fondamentalement, l’Institut Max Planck et l’Université Ludwig Maximilian en Allemagne ont découvert que les diélectriques, utilisant de très courtes rafales de lumière laser, peuvent être transformés en commutateurs incroyablement rapides. Les chercheurs ont pris un petit triangle de verre de silice (un isolant puissant), puis ont recouvert deux côtés d’or, en laissant un petit espace (50 nm) entre eux (voir ci-dessous). En braquant un laser infrarouge femtoseconde sur l’espace, le verre a commencé à conduire et l’électricité a traversé l’espace. Lorsque le laser est éteint, le verre redevient un isolant.

Mesurer/observer la capacité du diélectrique à basculer entre l'isolant et le conducteur (avec lumière parasite supplémentaire)

Mesurer/observer la capacité du diélectrique à basculer entre l’isolant et le conducteur (avec lumière parasite supplémentaire)

Une femtoseconde est un quadrillionième de seconde – ou un millionième d’un milliardième de seconde, si cela vous donne une meilleure idée de l’échelle. Une seule onde de lumière oscille en environ deux femtosecondes. Les puces informatiques actuelles fonctionnent à l’échelle des nanosecondes ; un million de fois plus long qu’une femtoseconde. « Il est étonnant que les propriétés de base des matériaux puissent être manipulées, augmentées et diminuées à la vitesse des oscillations du champ lumineux », déclare Martin Schultze, l’un des principaux chercheurs.

À l’avenir, le principal point à retenir est que l’avenir des puces informatiques et du traitement du signal pourrait évoluer à partir de matériaux très inattendus ou exotiques. Toute cette découverte semble avoir émergé d’un groupe de chercheurs braquant un laser sur un morceau de verre et voyant ce qui se passerait (ils semblent tout aussi étonnés par les résultats que nous). Il faudra probablement de nombreuses années avant que nous voyions des puces informatiques qui fonctionnent dans la gamme des pétahertz, mais il est réconfortant de savoir que cela devrait au moins être possible, surtout si l’on considère les avancées d’IBM dans l’intégration de lasers et de guides d’ondes à l’échelle nanométrique dans des puces conventionnelles.

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Documents de recherche: doi:10.1038/nature11567 – « Courant induit par champ optique dans les diélectriques » & doi:10.1038/nature11720 – « Contrôler les diélectriques avec le champ électrique de la lumière »

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