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Roberto Morandotti et l'optique non linéaire

Une puce informatique aussi rapide que l'éclair
6 décembre 2011 // par Joël Leblanc

Grâce à la lumière, la fibre optique fait virevolter les données d’Internet entre les serveurs de la planète. Une fois atterrie dans le boîtier de nos ordinateurs, l’information doit par contre être reconvertie en électricité dans des circuits électroniques. Mais plus pour très longtemps, car Roberto Morandotti, professeur au Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, conçoit l’ordinateur optique du futur, celui dont les données fileront comme l’éclair sur le dos d’une puce révolutionnaire de son invention.

 

Assis à sa table de travail, le chercheur natif d’Italie peste dans sa langue maternelle contre les petits ralentissements de son PC, contre cette électronique « tellement limitée… ». Il faut dire que Roberto Morandotti travaille sur l’informatique du futur et qu’il est bien placé pour savoir de quoi sera capable, dans quelques décennies, cette technologie omniprésente dans nos vies. Ses recherches lui ont récemment ouvert les pages de la respectée revue Nature Photonics où, dans un article scientifique, il décrivait une toute nouvelle puce entièrement optique créée dans son laboratoire. Peu à peu, l’ordinateur qu’on dit optique devient une réalité à notre portée, et on sent que Roberto Morandotti a franchement hâte qu’il arrive dans son bureau, même s’il est conscient qu’il s’emballe un peu : « Actuellement, la technologie optique requiert beaucoup de place. Alors qu’en électronique, on peut faire tenir quelques millions de transistors sur une puce, la photonique intégrée, quant à elle, ne permet d’en accueillir que 200 ou 300. Pour faire une comparaison, ça ressemble un peu à l’électronique d’il y a cinquante ans, l’époque des gros ordinateurs et des radios à lampes. La miniaturisation a fait son œuvre, l’électronique continue de s’améliorer, mais elle atteindra sa limite! »

 

Comme l’avait prédit le physicien et informaticien Gordon E. Moore en 1965 (la « loi » de Moore), le nombre de transistors que peut héberger une puce de silicium double tous les deux ans. Les machines électroniques deviennent ainsi continuellement plus économiques et plus puissantes. Or, cette évolution ne sera pas infinie, puisqu’on ne peut pas miniaturiser sans arrêt. En effet, il reste encore quelques années de croissance avant de se buter à un cul-de-sac qui se traduira, entre autres, par des composantes surchauffées impossibles à refroidir. Heureusement, de l’avis de Roberto Morandotti, rien ne ralentira les progrès de l’informatique grâce à l’optique : « En passant de l’électronique à la photonique, on s’affranchira de ses barrières techniques. Dans une cinquantaine d’années, lorsqu’on aura amélioré et rapetissé les systèmes photoniques, les ordinateurs seront 1000 fois plus rapides et 1000 fois plus puissants qu’aujourd’hui; un exploit qui sera impossible avec l’électronique. »

 

Chercheur globetrotter

En arrivant à l’INRS il y a huit ans, Roberto Morandotti s’installait dans un nouveau pays pour une troisième fois. D’abord formé à l’Université de Gênes dans son Italie natale, il migre en Écosse pour ses études de doctorat. Son stage postdoctoral le fait ensuite s’envoler en Israël, puis il pose finalement ses bagages dans la métropole du Québec : « J’aime Montréal, car c’est une des belles villes du monde, estime-t-il. Et j’aime beaucoup la grande liberté que me permet le travail à l’INRS. On me fait confiance, on me permet de mener les projets qui me tentent ».

 

Raffiné, affable, délicat, le chercheur au bel accent italien s’exprime aussi bien en français qu’en anglais. Devant tant d’élégance et de prestance, on s’étonne d’apprendre qu’il a été officier de la marine militaire avant de quitter sa mère patrie. « Mais ça, c’est le passé », sourit-il en poussant une porte sur laquelle un panneau annonce « Groupe de recherche en traitement optique ultrarapide ».

 

Microfabricant

Dans le laboratoire de Roberto Morandotti, les grosses lunettes de protection qu’il faut impérativement porter font voir la vie en rouge. Des tables de marbre antivibration croulent sous les lentilles, les miroirs et autres appareils optiques, tandis que dans un coin, des appareils laser, monstres de plusieurs dizaines de kilogrammes, fournissent la matière première à tous les travaux : des impulsions lumineuses ultrabrèves. Deux étudiantes s’affairent, dans la pénombre, à ajuster des composantes pour concentrer efficacement les rayonnements lasers. C’est ici que la fameuse puce a été conçue.

 

Dans le domaine de l’informatique photonique, le principal défi à relever est de faire transiter l’information par des impulsions lumineuses très brèves. Alors que les lasers actuels offrent des performances plus qu’acceptables, avec des impulsions de l’ordre de la femtoseconde (un millionième de milliardième de seconde), il faut des puces hypersensibles et hyperrapides pour capter et analyser ces petits brins de lumière.

 

C’est ici que se démarque la nouvelle puce de Roberto Morandotti. Ce petit carré d’à peine 40 micromètres de côté dévoile, lorsque grossi maintes fois, un enroulement très serré semblable aux bons vieux éléments chauffants d’une cuisinière : « Nous avons fait entrer un long “ filage ” dans un très petit volume. Il s’agit, en fait, d’un chemin pour la lumière », illustre Roberto Morandotti. Le tout permet à la puce de caractériser les impulsions lumineuses. C’est que l’information arrive dans la puce sous forme de clignotements lumineux. Sa configuration lui permet de caractériser instantanément la lumière, c’est-à-dire mesurer l’intensité de chaque impulsion lumineuse de même que sa phase, les deux données nécessaires pour jongler avec l’information.

 

Aussi petite soit-elle, cette puce est rapide comme l’éclair, « comme le seront les ordinateurs domestiques une fois que la photonique y sera bien intégrée », de soutenir le chercheur italien. ♦

 

PHOTO // À l'arrière du professeur Roberto Morandotti, certains des appareils servant à créer des impulsions lumineuses ultrabrèves.

 


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