Les ondes diffusées par un objet à l’échelle nanométrique encodent la solution d’un problème mathématique complexe lorsqu’elles sont interrogées par des signaux d’entrée adaptés. Crédit : Heedong Goh
Ces travaux constituent une étape importante vers la réalisation d’une nouvelle génération d’ordinateurs ultra-compacts, à faible consommation d’énergie et capables de réaliser des calculs mathématiques complexes.
Les ordinateurs sont un élément indispensable de notre vie quotidienne, et il est de plus en plus urgent d’en trouver qui puissent travailler plus rapidement, résoudre plus efficacement des problèmes complexes et laisser une empreinte écologique plus faible en minimisant l’énergie nécessaire aux calculs. Les progrès récents en photonique ont montré qu’il est possible de réaliser des calculs plus efficaces grâce à des dispositifs optiques qui utilisent les interactions entre les métamatériaux et les ondes lumineuses pour appliquer des opérations mathématiques d’intérêt sur les signaux d’entrée, et même résoudre des problèmes mathématiques complexes. Mais jusqu’à présent, ces ordinateurs nécessitaient une grande surface au sol et une fabrication précise et de grande envergure des composants, qui, en raison de leur taille, étaient difficiles à adapter à des réseaux plus complexes.
Un article récemment publié dans Physical Review Letters par des chercheurs de l’Advanced Science Research Center du CUNY Graduate Center (CUNY ASRC) présente une découverte révolutionnaire dans le domaine des nanomatériaux et des interactions entre ondes lumineuses, qui ouvre la voie au développement de petits ordinateurs optiques à faible consommation d’énergie, capables d’effectuer des calculs avancés.
“Les demandes énergétiques croissantes des grands centres de données et les inefficacités des architectures informatiques actuelles sont devenues un véritable défi pour notre société”, a déclaré Andrea Alù, Ph.D., auteur correspondant de l’article, directeur fondateur de l’initiative photonique du CUNY ASRC et professeur de physique Einstein au Graduate Center. “Notre travail démontre qu’il est possible de concevoir un objet à l’échelle nanométrique capable d’interagir efficacement avec la lumière pour résoudre des problèmes mathématiques complexes à des vitesses sans précédent et avec une demande énergétique quasi nulle.”
Dans leur étude, les chercheurs du CUNY ASRC ont conçu un objet nanométrique en silicium qui, lorsqu’il est interrogé par des ondes lumineuses portant un signal d’entrée arbitraire, est capable de coder la solution correspondante d’un problème mathématique complexe dans la lumière diffusée. La solution est calculée à la vitesse de la lumière, et avec une consommation d’énergie minimale.”
“Cette découverte est prometteuse car elle offre une voie pratique pour créer une nouvelle génération d’ordinateurs optiques nanométriques ultra-rapides, ultracompacts et très économes en énergie, ainsi que d’autres technologies nanophotoniques pouvant être utilisées pour des calculs classiques et quantiques”, a déclaré Heedong Goh, Ph.D., auteur principal de l’article et chercheur postdoctoral associé au laboratoire d’Alù. “La très petite taille de ces ordinateurs optiques à l’échelle nanométrique est particulièrement intéressante pour l’évolutivité, car de multiples nanostructures peuvent être combinées et connectées entre elles par diffusion de la lumière pour réaliser des réseaux informatiques complexes à l’échelle nanométrique.”
Référence : ” Nonlocal Scatterer for Compact Wave-Based Analog Computing ” par Heedong Goh et Andrea Alù, 18 février 2022, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.073201
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