Une équipe internationale de scientifiques de l'Université nationale de Séoul et de l'Université de Séoul a présenté une puce photonique programmable révolutionnaire, capable de ralentir la lumière à la demande. Cette avancée ouvre la voie à un changement majeur dans le calcul optique : au lieu des signaux électriques traditionnels, les ondes lumineuses peuvent être utilisées, qui sont beaucoup plus rapides tout en nécessitant une énergie légèrement supérieure.
La recherche a été dirigée par les professeurs Namkyoo Park et Sungkyu Yu de l'Université nationale de Séoul (Département de génie électrique et informatique), en collaboration avec le professeur Xiangji Piao de l'Université de Séoul. Deux jeunes scientifiques ont joué un rôle important dans le développement : le docteur en sciences Seungkyun Park (Université nationale de Séoul et Centre d'innovation PICORE de la KAIST) et le doctorant Bomjun Chae (Université nationale de Séoul), qui ont développé la base théorique de la recherche. Leurs travaux sont publiés dans la revue Advanced Science sous le titre « Lumière ralentie entièrement programmable basée sur une représentation spinorielle de la transparence induite par résonateurs couplés généralisés ».
Le problème des systèmes optiques est connu depuis longtemps : la lumière se déplace, par définition, trop rapidement et n'est pas facilement contrôlable. Des retards temporels contrôlables sont nécessaires pour la synchronisation des signaux, la mise en mémoire tampon des données et la création de mémoire dans les systèmes de calcul optique. Les dispositifs traditionnels basés sur l'effet de transparence induite par résonateurs couplés (CRIT) avaient leurs caractéristiques figées au stade de la fabrication – il était impossible de les reconfigurer par la suite.
Les scientifiques ont proposé une approche fondamentalement nouvelle. Au lieu d'une structure statique, ils ont combiné deux états optiques – les modes lumineux et sombres des résonateurs – en un seul degré de liberté et ont ajouté des éléments de couplage en boucle contrôlables. L'innovation principale : l'utilisation d'une représentation spinorielle (une description mathématique issue de la mécanique quantique) a permis d'obtenir un ensemble complet de degrés de liberté pour le réglage. Résultat : la puce peut être reconfigurée dynamiquement, après sa fabrication et même pendant son fonctionnement.
La puce programmable contrôle non seulement la vitesse de propagation de la lumière, mais aussi la largeur de bande passante, la forme du signal optique, l'efficacité de transmission et les caractéristiques de fréquence. La simulation numérique sur une plateforme en nitrure de silicium (un matériau standard de la photonique silicique) a montré une grande robustesse de l'appareil face aux interférences réelles : pertes optiques, variations technologiques des paramètres et effets thermiques.
Si la technologie est commercialisée, une telle micropuce pourrait effectuer simultanément plusieurs fonctions – de la régulation des retards de signal à la conversion de fréquence, agissant comme un système optique programmable. Cela pourrait réduire considérablement la consommation d'énergie des centres de données et des serveurs d'intelligence artificielle, qui nécessitent déjà d'énormes quantités d'énergie, et rendre les équipements optiques plus compacts et moins chers.
Le professeur Namkyoo Park a souligné que le nouveau principe de conception utilisant la représentation spinorielle augmente considérablement la flexibilité des circuits intégrés photoniques et permet de reconfigurer le flux lumineux selon les besoins. Les auteurs prévoient de développer la technologie en direction de systèmes à grande échelle basés sur la photonique silicique et ses hybrides avec des technologies d'intelligence artificielle photonique – un domaine qui commence à peine à révéler son potentiel.
Les coauteurs de la recherche – le docteur Seungkyun Park et le doctorant Bomjun Chae – ont ajouté que la réinterprétation de la physique des résonateurs optiques sous un nouvel angle ouvre la porte à des fonctionnalités qui n'avaient pas été envisagées auparavant. Les travaux ont été soutenus par le ministère de la Science et des Technologies de l'information et des communications de Corée du Sud par le biais de programmes de centres de recherche innovants, de laboratoires de recherche fondamentaux et du programme pour jeunes chercheurs.
