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L’informatique photonique se rapproche

Image 1 : L'informatique photonique se rapprocheDes chercheurs de l’Université de Pennsylvanie ont conçu le premier interrupteur optique utilisant uniquement des nanofils photoniques en sulfure de cadmium. Ils ont combiné ces interrupteurs pour créer une porte NON-ET. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Nature Nanotechnology. Les recherches ont été financées par l’armée américaine.

Création d’un interrupteur photonique en sulfure de cadmium

L’an dernier, l’université avait publié un papier montrant que les nanofils en sulfure de cadmium pouvaient être très efficaces dans la manipulation de la lumière. Les chercheurs ont franchi une étape supplémentaire cette année en utilisant ces nanofils pour miniaturiser un interrupteur photonique dépourvu de composants analogiques généralement plus gros et aux rendements moins intéressants.

L’interrupteur développé aujourd’hui est plus simple qu’un interrupteur photonique classique. Il est composé de deux nanofils de sulfure de cadmium coupés en leur milieu. Le premier va transmettre le laser et agir comme un émetteur. Le second va traiter le signal et servir de sortie. En dessous du deuxième nanofil, les scientifiques ont placé un laser à argon. Lorsqu’il bombarde le deuxième nanofil, la lumière qui est censée le traverser ne passe pas. Les deux nanofils sont séparés par une distance variant entre 5 nm à 500 nm. En combinant deux sources de lumière et deux sorties, il est possible de créer une porte NON-ET.

Image 2 : L'informatique photonique se rapprocheCréation d’une porte NON-ET

Une porte NON-ET est une fonction logique qui permet de traiter le signal binaire et effectuer des opérations. Une porte NON-ET a deux entrées (que l’on va nommer A et B dans notre exemple). Chaque entrée va envoyer un 1 ou un 0 et en fonction de la combinaison, le signal à la sortie représentera un 1 ou un 0.

Dans le modèle conçu par les scientifiques, le 1 signifie « allumé » (la lumière passe) et le 0 est égal à « éteint » (la lumière ne passe pas). La lumière qui est mesurée aux deux entrées est celle du laser à argon. Lorsque le laser à argon est allumé (1), la lumière ne traverse pas l’interrupteur. Lorsque le laser est éteint (0), la lumière sera visible au bout de l’interrupteur. Ainsi, lorsque les entrées A et B sont égales à 0 (elles ne sont pas perturbées par le laser), la sortie de la porte NON-ET sera illuminée, ce qui représentera un 1.

Le tableau ci-dessous donne un aperçu des entrées et sorties possibles.

Entrée A Entrée B Sortie
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

La porte NON-ET conçue par les scientifiques est composée de deux sources de lumière, d’un interrupteur court (3,31 µm de longueur) et d’un interrupteur long (7,25 µm). Le bras le plus long va aussi servir de sortie pour la porte. Le laser à argon sera placé au début de chaque nanofil qui sert d’interrupteur. Si le nanofil long est perturbé par le laser, la lumière du nanofil court traversera le bras long. C’est ainsi que la combinaison de 0 (la lumière passe au travers du nanofil court, car il n’est pas perturbé par le laser à argon) et 1 (la lumière qui arrive au nanofil long est perturbée par le laser) donnera 1 (le bout du nanofil long s’éclairera)

Il existe plusieurs types de portes (ET, OU, NON, NON-OU, OU exclusif, NON-OU exclusif), mais la création d’une porte NON-ET est hautement symbolique, car Charles Sanders Peirce a montré qu’il était possible de reproduire le comportement de toutes les autres portes en utilisant seulement des portes NON-ET. On peut aussi le faire avec une série de portes NON-OU uniquement. C’est pour cela que ces deux portes sont souvent appelées des portes universelles. En montrant qu’il est possible de créer une porte NON-ET à l’aide interrupteurs photoniques, les chercheurs rapprochent l’informatique photonique et montrent qu’un circuit composé entièrement de composants optiques est possible, même s’il est encore loin d’être réalisable.