Le photon à la conquête de l’informatique

La technologie de l’information moderne repose sur une savante division du travail ; les photons transportent des données dans le monde entier quand les électrons les traitent. Avant l’essor de la fibre optique, les électrons faisaient les deux mais l’usage des photons a permis d’accélérer le flux d’information. Certains espèrent pouvoir compléter la transition en faisant en sorte que les photons puissent également traiter les données tout en les transportant. Par leur caractère électriquement neutre, les photons peuvent se croiser sans interagir à la différence des électrons. Les fibres de verre peuvent gérer en simultanée un grand nombre de signaux, ce que les fils de cuivre ne peuvent pas. Le passage à la fibre optique s’est imposé avec l’essor des connexions Internet et avec l’usage d’application à forte consommation de données comme le streaming vidéo. Le passage aux ordinateurs optiques permettrait de gagner du temps et de réduire la consommation d’énergie ; les photons se déplaçant dans un espace transparent ne subissent pas d’effets de frottement.

L’informatique optique est un enjeu majeur pour l’essor de l’intelligence artificielle. Les systèmes auto-apprenant exigent rapidité et énergie. L’optique permet d’obtenir la première et d’économiser la seconde. De nombreuses expérimentations sont en cours. Les centres de recherche travaillent sur des puces hybrides associant le silicium et la modulation de la lumière. L’enjeu est de mettre un terme à la baisse des gains de performance de l’électronique. Ryan Hamerly et son équipe du Massachusetts Institute of Technology de Boston cherchent à exploiter la faible consommation d’énergie des dispositifs optiques hybrides pour les haut-parleurs intelligents, les drones légers et les voitures autonomes. A l’heure actuelle, un haut-parleur intelligent envoie une version numérisée de ce qu’il a entendu sur Internet à un serveur distant qui en fait le traitement. Le serveur renvoie alors la réponse. Ce processus prend du temps et n’est pas sûr. Une puce optique placée dans un tel haut-parleur pourrait effectuer l’analyse en temps réel avec une faible consommation d’énergie et sans risque d’altération des données. Le message optique ne subit pas d’altération à la différence de celui passant par un fil de cuivre ou en bluetooth. Les amplificateurs haut de gamme recourent, depuis des années, aux liaisons optiques afin d’obtenir le meilleur rendu sonore. D’autres chercheurs, dont Ugur Tegin, du California Institute of Technology, estiment que l’avantage de l’informatique optique repose sur sa capacité à gérer de grandes masses de données. Actuellement, par exemple, les systèmes de reconnaissance des images fonctionnent sur la base d’images à faible résolution, car les versions haute résolution sont trop volumineuses. Avec les composants électroniques classiques, la bande passante est limitée et ne permet pas de gérer en simultanée un grand nombre d’images en haute résolution. La réponse de Ugur Tegin est de renoncer complètement à l’électronique et d’utiliser des ordinateurs entièrement optiques. Seul le résultat final des opérations donne lieu à un traitement électronique. A l’Université de Californie à Los Angeles, Aydogan Ozcan, adopte une technologie excluant tout usage d’électrons en ayant recours à de fines feuilles de verre spécialement fabriquées, de la taille d’un timbre-poste, posées les unes sur les autres. Dans ce cas, l’optique fonctionne passivement, comme l’objectif d’un appareil photo. Le système ne capture jamais d’images ni n’envoie les données brutes, uniquement le résultat déduit.

L’essor de l’intelligence artificielle nécessite des capacités de traitement importantes et instantanées. Le robot conversationnel « Chatgpt », pouvant produire du texte sur un grand nombre de sujets à partir de questions qui lui sont posées, a besoin pour s’améliorer de gérer un volume de données croissant et de restituer le plus vite possible le résultat des requêtes. L’informatique optique constitue une des voies pour améliorer ce type d’application, tout comme pour le développement des flottes d’automobiles autonomes.

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