L'essor de la photonique intégrée : comment la lumière change-t-elle le visage de l'informatique ?

L'informatique optique est une technologie révolutionnaire qui a le potentiel de changer notre façon de penser le calcul. Contrairement aux ordinateurs traditionnels, qui utilisent des signaux électriques pour effectuer des calculs, l'informatique optique utilise la lumière. Cela permet une fréquence de traitement des données beaucoup plus élevée, ce qui permet d'exécuter des calculs volumineux et complexes à des vitesses incroyablement rapides.

L'une des technologies clés derrière l'informatique optique est l'informatique photonique, qui utilise des photons pour effectuer des calculs au lieu d'électrons. Cela permet une approche plus efficace et synthétique du calcul, car les photons peuvent être facilement manipulés et contrôlés pour effectuer un large éventail de tâches.

Une autre technologie clé dans le domaine de l'informatique optique est la photonique intégrée. Cela fait référence à l'intégration de composants photoniques dans un seul dispositif compact, permettant une approche de calcul plus efficace et évolutive.

Dans l'ensemble, l'utilisation de ces technologies a le potentiel de révolutionner notre façon de penser le calcul et le traitement des données. Avec l'informatique optique, nous pouvons résoudre des problèmes qui dépassent actuellement les capacités des ordinateurs même les plus avancés et le faire à des vitesses inimaginables avec les technologies d'aujourd'hui.

Les chercheurs ont découvert un moyen d'exécuter des portes logiques basées sur la lumière, qui sont un million de fois plus rapides que les portes logiques électroniques conventionnelles que l'on trouve dans les processeurs informatiques traditionnels. Ces portes logiques, qui sont constituées de fonctions booléennes et exécutent des routines binaires, sont généralement exécutées électroniquement. Cependant, la nouvelle méthode utilise la lumière pour exécuter les mêmes fonctions, ce qui entraîne des vitesses de traitement nettement plus rapides.

Cela a été trouvé dans une étude menée à l'Université AALTO et publié dans la revue Science Advances.

Qu'est-ce que l'informatique optique ?

Un ordinateur optique, également connu sous le nom d'ordinateur photonique, est un appareil qui effectue des calculs numériques en utilisant des photons dans la lumière visible ou des faisceaux infrarouges (IR) par opposition au courant électrique. La vitesse d'un courant électrique n'est que de 10% de la vitesse de la lumière. L'une des raisons qui ont conduit au développement de la fibre optique était la limitation du débit auquel les données peuvent être transmises sur de longues distances. Un ordinateur capable d'effectuer des processus dix fois ou plus plus rapidement qu'un ordinateur électronique traditionnel pourrait un jour être créé en mettant en œuvre certains des avantages des réseaux visibles et/ou infrarouges à la taille de l'appareil et des composants.

Contrairement aux courants électriques, les faisceaux visibles et infrarouges se croisent sans interagir. Même lorsqu'ils sont contraints à essentiellement deux dimensions, de nombreux (ou plusieurs) faisceaux laser peuvent être dirigés de sorte que leurs chemins se croisent, mais il n'y a pas d'interférence entre les faisceaux. Le câblage en trois dimensions est important car les courants électriques doivent être dirigés les uns autour des autres. Par conséquent, un ordinateur optique peut également être plus petit en plus d'être nettement plus rapide qu'un ordinateur électronique.

Bien que certains ingénieurs prédisent que l'informatique optique se généralisera à l'avenir, la plupart des experts s'accordent à dire que des changements se produiront progressivement dans des niches spécifiques. Certains circuits intégrés optiques ont été développés et produits. (Des circuits optiques ont été utilisés dans la construction d'au moins un ordinateur complet, bien qu'un peu gros.) En divisant l'image en voxels, une vidéo tridimensionnelle en mouvement peut être diffusée via un réseau de fibres. Même si les impulsions de données utilisées pour contrôler certains dispositifs optiques sont de la lumière visible ou des ondes infrarouges, des courants électroniques peuvent néanmoins les faire fonctionner.

Les communications numériques, où le transfert de données par fibre optique est déjà répandu, sont celles où la technologie optique a le plus progressé. L'objectif ultime est ce qu'on appelle le réseau photonique, où chaque source et destination ne sont reliées que par des photons visibles et infrarouges. Les imprimantes laser, les photocopieurs, les scanners et les lecteurs de CD-ROM et leurs proches utilisent tous la technologie optique. Cependant, tous ces dispositifs reposent dans une certaine mesure sur des circuits et des composants électroniques ordinaires ; aucun d'entre eux n'est entièrement optique.

Comment fonctionne l'informatique optique ?

L'informatique optique est similaire à l'informatique traditionnelle en ce sens qu'elle utilise des portes logiques et des routines binaires pour effectuer des calculs. Cependant, il diffère dans la manière dont ces calculs sont effectués. En informatique optique, les photons sont générés par des LED, des lasers et d'autres dispositifs et sont utilisés pour coder des données de la même manière que les électrons en informatique traditionnelle. Cela permet un calcul beaucoup plus rapide et plus efficace, car les photons peuvent être facilement manipulés et contrôlés pour effectuer un large éventail de tâches.

---

L'IIoT et l'edge computing gagnent du terrain dans de nombreux secteurs

---

Dans le but ultime de développer un ordinateur optique, des études portent sur la conception et la mise en œuvre de transistors optiques. Un faisceau lumineux peut être efficacement bloqué par un écran polarisant qui tourne à 90 degrés. Les composants diélectriques qui ont la capacité de fonctionner comme des polariseurs sont également utilisés pour créer des transistors optiques. Malgré quelques difficultés techniques, les portes logiques optiques sont fondamentalement possibles. Ils seraient constitués d'une seule commande et de nombreux faisceaux qui fourniraient les bons résultats logiques.

L'un des principaux avantages des ordinateurs électroniques traditionnels est que les canaux de silicium et les fils de cuivre peuvent être utilisés pour guider et contrôler le mouvement des électrons. Cela permet un calcul efficace et fiable.

En informatique optique, un effet similaire peut être obtenu en utilisant des nanoparticules plasmoniques. Ces particules peuvent guider et contrôler le mouvement des photons, leur permettant de prendre des virages et de continuer leur chemin sans perte significative de puissance ni conversion en électrons. Cela permet de créer des dispositifs informatiques optiques compacts et efficaces.

La plupart des composants d'une puce optique sont similaires à une puce informatique traditionnelle, les électrons étant utilisés pour traiter et transformer les informations. Cependant, les interconnexions, qui sont utilisées pour faire la navette entre les différentes zones de la puce, ont été considérablement modifiées.

En informatique optique, la lumière est utilisée à la place des électrons pour faire la navette entre les informations. En effet, la lumière peut être facilement contenue et présente l'avantage de moins de perte d'informations pendant le voyage. Ceci est particulièrement utile dans les situations où les interconnexions peuvent chauffer, ce qui peut ralentir le mouvement des électrons. En utilisant la lumière pour la navette d'informations, il est possible de créer des dispositifs informatiques optiques plus rapides et plus efficaces.

Les chercheurs espèrent que l'utilisation de la lumière pour la navette d'informations dans l'informatique optique se traduira par le développement d'ordinateurs exascale. Les ordinateurs exascale sont capables d'effectuer des milliards de calculs chaque seconde, ce qui est 1000 fois plus rapide que les systèmes les plus rapides actuels. En utilisant la lumière pour la communication, il est possible d'atteindre ce niveau de vitesse de traitement, ce qui se traduit par des dispositifs informatiques plus puissants et plus efficaces.

Les avantages et les inconvénients de l'informatique optique

Les avantages de l'informatique optique sont :

• Densité rapide, petite taille, échauffement minimal des jonctions, grande vitesse, mise à l'échelle dynamique et reconfigurabilité dans des réseaux/topologies plus petits/plus grands, vaste capacité de calcul parallèle et applications d'intelligence artificielle ne sont que quelques-uns des principaux avantages des ordinateurs optiques.
• Les interconnexions optiques présentent divers avantages en plus de la vitesse. Ils ne sont pas sujets aux courts-circuits électriques et sont insensibles aux interférences électromagnétiques.
• Ils fournissent une transmission à faible perte et une grande bande passante, permettant à plusieurs canaux de communiquer simultanément.
• Le traitement des données sur les composants optiques est moins coûteux et plus simple que le traitement des données sur les composants électroniques.
• Les photons n'interagissent pas aussi rapidement que les électrons car ils ne sont pas chargés. Cela offre un avantage supplémentaire car le fonctionnement en duplex intégral permet aux faisceaux lumineux de se croiser.
• Par rapport aux matériaux magnétiques, les matériaux optiques sont plus accessibles et ont une densité de stockage plus élevée.

Les inconvénients de l'informatique optique sont :

• Il est difficile de développer des cristaux photoniques.
• Du fait de l'interaction de plusieurs signaux, le calcul est un processus complexe.
• Les prototypes d'ordinateurs optiques actuels sont assez volumineux. 

Informatique optique vs informatique quantique

L'informatique optique et l'informatique quantique sont deux technologies différentes qui ont le potentiel de révolutionner notre façon de penser le calcul et le traitement des données.

L'informatique optique utilise la lumière pour effectuer des calculs et des tâches de traitement de données, tandis que l'informatique quantique utilise les principes de la mécanique quantique pour effectuer des calculs.

---

Les ordinateurs Qudit ouvrent des possibilités infinies en dépassant le système binaire

---

L'une des principales différences entre les deux technologies est la vitesse à laquelle elles sont capables d'effectuer des calculs. L'informatique optique est capable de fonctionner à des vitesses beaucoup plus élevées que l'informatique électronique traditionnelle et est également plus rapide que l'informatique quantique dans certains cas. Cela est dû au fait que les photons, les particules de lumière utilisées dans l'informatique optique, peuvent être facilement manipulés et contrôlés pour effectuer un large éventail de tâches.

D'autre part, l'informatique quantique a le potentiel de résoudre certains problèmes qui dépassent actuellement les capacités des ordinateurs, même les plus avancés. Cela est dû aux propriétés uniques de la mécanique quantique, qui permettent la création d'états très complexes et intriqués qui peuvent être utilisés pour effectuer des calculs.

Dans l'ensemble, l'informatique optique et l'informatique quantique ont le potentiel de révolutionner le domaine du calcul et du traitement des données. Bien qu'elles aient des forces et des limites différentes, les deux technologies offrent de nouvelles possibilités passionnantes pour résoudre des problèmes complexes et faire progresser notre compréhension du monde.

Sociétés d'informatique optique

Si vous souhaitez en savoir plus, nous avons dressé la liste la plus complète des meilleures entreprises d'informatique quantique !

Technologies quantiques Xanadu

entreprise technologique canadienne Technologies quantiques Xanadu est un fournisseur majeur de matériel informatique quantique photonique.

L'objectif de Xanadu, une société créée en 2016 par le PDG Christian Weedbrook, est de créer des ordinateurs quantiques accessibles et bénéfiques pour tous. La société a adopté une stratégie complète pour atteindre cet objectif et développe du matériel, des logiciels et s'engage dans des recherches de pointe avec des partenaires choisis.

Avec l'aide de la bibliothèque d'applications Strawberry Fields et du service Xanadu Quantum Cloud (XQC), les entreprises et les universitaires peuvent désormais commencer à utiliser les ordinateurs quantiques photoniques de Xanadu.

Grâce à la création de PennyLane, un projet open source qui est devenu une bibliothèque logicielle de premier plan parmi les chercheurs et développeurs quantiques, l'entreprise développe également le domaine de l'apprentissage automatique quantique (QML).

PsiQuantique

L'objectif de PsiQuantique, un groupe de physiciens quantiques, d'ingénieurs en semi-conducteurs, en systèmes et en logiciels, d'architectes de systèmes et d'autres, est de créer le premier ordinateur quantique utile en utilisant l'approche photonique, car ils pensent qu'elle offre des avantages techniques à l'échelle nécessaire à la correction des erreurs. Ils ont attiré l'attention des médias en se concentrant sur un ordinateur quantique de 1 million de qubits.

PsiQuantum a été créé en 2015 par Jeremy O'Brien, Terry Rudolph, Pete Shadbolt et Mark Thompson et est basé dans la Silicon Valley, l'épicentre de l'innovation technologique.

Informatique ORCA

Basé sur les recherches du groupe d'optique quantique ultra-rapide et non linéaire du professeur Ian Walmsley à l'Université d'Oxford, ORCA a été fondée à Londres par des scientifiques et des hommes d'affaires qualifiés. Ian Walmsley, Josh Nunn et Kris Kaczmarek du groupe ont réalisé que les mémoires quantiques "à court terme" pourraient synchroniser les activités photoniques et rendre l'informatique quantique véritablement évolutive.

En tirant parti de la mémoire quantique ORCA pour résoudre ce problème de redondance, ORCA libère le potentiel de la photonique quantique sans les compromis sévères des méthodes concurrentes.

ORCA a été créé en 2019 par Ian Walmsley, Richard Murray, Josh Nunn et Cristina Escoda et est basé à Londres.

Quandela

Une nouvelle société appelée Quandela se consacre à la création de dispositifs fonctionnels pour la recherche sur la photonique, les ordinateurs quantiques et l'information quantique.

Il crée des sources lumineuses quantiques à semi-conducteurs distinctives. Une nouvelle génération d'ordinateurs quantiques basés sur la manipulation de la lumière est développée à partir de ces sources.

En 2017, Valerian Giesz, Pascale Senellart et Niccolo Somaschi ont créé cette entreprise de photonique à Paris.

TundraSystems mondial

Création de Brian Antao TundraSystems mondial à Cardiff, au Pays de Galles, pour construire à partir de zéro les nombreux développements de diverses sources académiques, telles que l'Université de Bristol, le MIT, les UK Quantum Technology Hubs, etc., dans des solutions informatiques dans un régime tout optique utilisant la base fondamentale de la mécanique quantique.

L'objectif ultime de l'organisation est de créer et de distribuer des solutions technologiques quantiques innovantes. La création d'une bibliothèque pour la technologie photonique quantique de Tundra est la première étape du processus de développement. Il s'agit d'un élément de la stratégie de Tundra System qui travaille à la création du TundraProcessor, un microprocesseur photonique quantique entièrement fonctionnel. Un système HPC complet qui entoure le TundraProcessor peut être construit à l'aide de cette bibliothèque, ce qui devrait également faciliter l'évolution de l'écosystème des circuits intégrés photoniques.

Conclusion

En conclusion, nous voyons des développements passionnants dans l'utilisation des lasers et de la lumière en informatique. Au fur et à mesure que la technologie optique progresse, nous pouvons nous attendre à ce qu'elle soit utilisée dans un large éventail d'applications, des réseaux de traitement et de stockage parallèles aux réseaux de données optiques et aux dispositifs de stockage biométriques.

Les processeurs des ordinateurs d'aujourd'hui contiennent désormais des détecteurs de lumière et de minuscules lasers qui facilitent la transmission de données via des fibres optiques. Certaines entreprises développent même des processeurs optiques qui utilisent des commutateurs optiques et une lumière laser pour effectuer des calculs. Intel, l'un des principaux promoteurs de cette technologie, est en train de créer une liaison photonique intégrée au silicium capable de transmettre 50 gigaoctets par seconde d'informations ininterrompues.

---

Un nouveau modèle neurocomputationnel pourrait faire avancer la recherche sur l'intelligence artificielle neurale

---

Les futurs ordinateurs pourraient être dépourvus d'écrans, les informations étant présentées par le biais d'hologrammes dans l'air au-dessus du clavier. Cette technologie est rendue possible grâce à la collaboration de chercheurs et d'experts industriels. De plus, l'utilisation pratique de la technologie optique sous la forme de réseaux optiques devrait croître d'année en année.

Avec son potentiel de calcul rapide et efficace, la technologie optique est sur le point de révolutionner notre façon de penser le calcul et le traitement des données.

• Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
• Platoblockchain. Intelligence métaverse Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
• La source: https://dataconomy.com/2022/12/optical-computing-photonic/