Transistor optique 10 GHz construit à partir de silicium

Les électrons sont assez bons pour traiter l'information, mais pas si bon pour la transporter sur de longues distances. Les photons, d'un autre côté, font un excellent travail pour faire circuler les données autour de la planète, mais ne sont pas si pratiques lorsqu'il s'agit de les traiter.

En conséquence, les transistors sont électroniques et les câbles de communication sont optiques. Et le monde est chargé d'une quantité importante d'infrastructures gourmandes en énergie pour convertir les informations électroniques en une variété optique et vice versa.

Il n'est donc pas surprenant qu'il y ait un intérêt significatif pour le développement d'un transistor optique qui pourrait rendre obsolète la variété électronique.

Il y a cependant un problème important. Alors que divers groupes ont construit des commutateurs optiques, les transistors optiques doivent également avoir un certain nombre d'autres propriétés afin qu'ils puissent être connectés de manière à pouvoir traiter l'information.

Par exemple, leur sortie doit être capable de servir d'entrée pour un autre transistor, ce qui n'est pas facile si la sortie est à une fréquence différente de l'entrée, par exemple. De plus, la sortie doit être capable de piloter l'entrée d'au moins deux autres transistors afin que les signaux logiques puissent se propager, une propriété connue sous le nom de sortance. Cela nécessite un gain important. De plus, chaque transistor doit préserver la qualité du signal logique afin que les erreurs ne se propagent pas. Etc.

Le problème, c'est que personne n'a réussi à fabriquer des transistors optiques qui peuvent tout faire et qui peuvent également être fabriqués à partir de silicium.

Aujourd'hui, Leo Varghese de l'Université Purdue dans l'Indiana et quelques amis disent avoir construit un appareil qui fait un pas important dans cette direction.

Leur transistor optique se compose d'un résonateur à micro-anneau à côté d'une ligne optique. Dans des circonstances ordinaires, l'alimentation lumineuse entre dans la ligne optique, la longe et sort ensuite. Mais à une fréquence de résonance spécifique, la lumière interagit avec le résonateur à micro-anneau, réduisant considérablement la sortie. Dans cet état, la sortie est essentiellement désactivée même si l'alimentation est activée.

L'astuce que ces gars-là ont perfectionnée consiste à utiliser une autre ligne optique, appelée la grille, pour chauffer le microanneau, modifiant ainsi sa taille, sa fréquence de résonance et sa capacité à interagir avec la sortie.

Cela permet à la porte d'activer et de désactiver la sortie.

Il y a une tournure intelligente supplémentaire. L'interaction du microanneau avec la grille est plus forte qu'avec la ligne d'alimentation-sortie. C'est important car cela signifie qu'un petit signal de porte peut contrôler un signal de sortie beaucoup plus important.

Varghese et co disent que le rapport du signal de porte à l'alimentation est de près de 6 dB. C'est suffisant pour alimenter au moins deux autres transistors, ce qui est exactement la propriété de sortie requise par les transistors optiques.

Ces gars-là ont même construit un appareil en silicium avec une bande passante capable de débits de données allant jusqu'à 10 GHz.

C'est un résultat impressionnant, en particulier la compatibilité avec le silicium.

Néanmoins, il y a des obstacles importants à franchir avant qu'un ordinateur tout optique fabriqué avec ces appareils puisse espérer rivaliser avec ses cousins ​​électroniques.

Le plus gros problème est la consommation d'énergie. Une grande partie de la consommation d'énergie dans les transistors électroniques provient de la nécessité de charger les lignes les reliant à la tension de fonctionnement.

En théorie, les transistors optiques pourraient être encore plus efficaces - leurs lignes n'ont pas du tout besoin d'être chargées. Mais en pratique, les lasers brûlent de l'énergie comme s'il s'agissait de billets de vingt dollars. Pour cette raison, il n'est pas du tout clair que les transistors optiques puissent égaler l'efficacité des puces électroniques.

Et avec l'industrie informatique désormais responsable de près de 2 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone, presque autant que l'aviation, la consommation d'énergie peut s'avérer être le facteur primordial pour l'orientation future du traitement de l'information.

Réf : arxiv.org/abs/1204.5515 : Un transistor optique au silicium

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