Des ordinateurs 100.000 fois plus rapides grâce à des flashs de lumière

Le contrôle du mouvement des électrons à l'aide de flashs ultra-rapides permettra d'accélérer le travail des puces d'ordinateur semi-conductrices d'environ 100.000 fois.

« Ces dernières années nous avons découvert, avec d'autres groupes de chercheurs, que le champ électrique des impulsions laser ultra-brèves pouvait être utilisé pour déplacer les électrons à l'intérieur de matières solides. Nous nous sommes tous réjouis d'une telle découverte car elle permettra de créer des ordinateurs fonctionnant sur des fréquences des dizaines et des milliers de fois supérieures aux indices record actuels », a déclaré Rupert Huber de l'université de Ratisbonne (Allemagne).

Tous les ordinateurs modernes se composent de millions et de milliards de transistors microscopiques — des dispositifs qui laissent passer sélectivement le courant électrique. En règle générale, quand on réduit la taille des transistors la force des effets secondaires empêchant leur travail augmente, ce qui gêne la conception d'appareils de calcul de plus en plus miniaturisés et rapides.

Ces fuites imposent des limites fondamentales à la taille des transistors: selon les physiciens, il est impossible aujourd'hui de créer des transistors siliciques d'une épaisseur inférieure à 5 nanomètres. Les ingénieurs et les chercheurs tentent donc actuellement de remplacer le silicium par des matériaux alternatifs comme le graphène ou le bisulfure de molybdène, ou renoncent complètement aux semi-conducteurs au profit d'autres moyens de transfert de signal tels que la lumière, les particules spin ou d'autres « porteurs d'information ».

Huber et ses collègues ont trouvé un moyen de réunir les avantages habituels de l'électronique semi-conductrice et la vitesse ultra-élevée de travail de ses analogues recourant à la lumière en apprenant à maîtriser le comportement des électrons à l'intérieur des plaques de matériau semi-conducteur à l'aide de la lumière.

Comme l'expliquent les chercheurs, les particules de lumière — les photons — sont des porteurs du champ électrique et magnétique. En se rapprochant à une distance relativement réduite elles interagissent avec les porteurs de charge comme les électrons ou le noyau des atomes. C'est sur ce principe que fonctionnent toutes les batteries solaires, les caméras numériques et d'autres appareils semi-conducteurs.

Les physiciens allemands ont supposé que cet effet pouvait être utilisé pour pousser les électrons à passer via un semi-conducteur dans un sens imposé, compte tenu de la manière dont sont organisés ses cristaux. Ils ont réussi à mettre en œuvre cette idée en soumettant des plaques de séléniure de gallium, l'un des matériaux semi-conducteurs les plus prometteurs, à des impulsions laser ultra-brèves séparées d'un millionième de nanoseconde seulement.

Ces migrations « programmées » d'électrons, expliquent les scientifiques, peuvent servir au transfert et au traitement ultra-rapide de l'information à l'intérieur des cristaux semi-conducteurs, dont la vitesse de travail ne sera pas restreinte par les problèmes qui surviennent dans le fonctionnement des transistors « classiques ». Huber et ses collègues proposent d'appeler ces nouveaux appareils « ordinateurs à ondes de lumière » — car les ondes de lumière seront leur porteur d'information.

Hormis l'accélération du travail des ordinateurs classiques, ces mêmes cristaux peuvent également servir à la création d'appareils de calcul quantiques en utilisant les électrons soumis au rayonnement de plusieurs rayons laser à titre de qubits, cellules de mémoire d'un ordinateur quantique. Tout cela, espère Huber, attirera l'attention des développeurs de puces et conduira à la création d'ordinateurs ultra-rapides dans les années à venir.