Comment les « ordinateurs photoniques » pourraient utiliser la lumière au lieu de l’électricité

Comment les « ordinateurs photoniques » pourraient utiliser la lumière au lieu de l’électricité

L’ordinateur que vous utilisez est électronique. En d’autres termes, il utilise le flux d’électrons pour alimenter ses calculs. Les ordinateurs photoniques, parfois appelés ordinateurs « optiques », pourraient un jour faire ce qu’un ordinateur fait avec des électrons, mais avec des photons à la place.

Qu’est-ce que les ordinateurs optiques ont de si génial ?

Les ordinateurs optiques sont très prometteurs. En théorie, un ordinateur entièrement optique présenterait plusieurs avantages par rapport aux ordinateurs électroniques que nous utilisons aujourd’hui. Le plus grand avantage est que ces ordinateurs fonctionneraient plus rapidement et à des températures plus basses que les systèmes électroniques. Avec des fréquences mesurées en dizaines de gigahertz et des fréquences théoriques mesurées en térahertz.

Les ordinateurs optiques doivent également être très résistants aux interférences électromagnétiques. Les photons présents dans le système ne devraient pas être affectés, mais le laser ou toute autre source lumineuse fournissant ces photons pourrait être mis hors service.

La photonique pourrait également fournir des interconnexions parallèles à haut débit qui rendraient possibles des systèmes informatiques parallèles pour lesquels les électrons sont trop lents.

Le système photonique que nous utilisons déjà

Si l’ordinateur entièrement optique n’existe pas encore, cela ne signifie pas que certains aspects de l’informatique ne sont pas déjà photoniques. Celle que la plupart des gens utilisent déjà aujourd’hui est la fibre optique. Même si vous n’avez pas de connexion en fibre optique chez vous, tous vos paquets réseau sont transformés en lumière à un moment ou à un autre de la ligne.

La fibre optique a révolutionné la quantité de données que nous pouvons faire transiter par des câbles relativement fins, sur des distances incroyablement longues. Même en tenant compte des frais de conversion entre les signaux électriques et photoniques, la fibre optique a eu un effet exponentiel sur la vitesse et la bande passante des communications. Ce serait formidable si le reste des systèmes informatiques électriques « lents » pouvaient également être convertis pour fonctionner avec des photons, mais il s’avère que c’est un défi de taille !

Le casse-tête photonique n’est pas encore résolu

À l’heure où nous écrivons ces lignes, les scientifiques et les ingénieurs n’ont toujours pas trouvé le moyen de reproduire tous les composants informatiques qui existent actuellement dans les processeurs à semi-conducteurs. Le calcul est non linéaire. Il exige que différents signaux interagissent les uns avec les autres et modifient les résultats d’autres composants. Il faut construire des portes logiques de la même manière que les transistors à semi-conducteurs, mais les photons ne se comportent pas d’une manière qui fonctionne naturellement avec cette approche.

C’est là que la logique photonique entre en jeu. En utilisant l’optique non linéaire, il est possible de construire des portes logiques similaires à celles utilisées dans les processeurs conventionnels. Du moins, en théorie, c’est possible. Il reste de nombreux obstacles pratiques et technologiques à surmonter avant que les ordinateurs photoniques ne jouent un rôle significatif.

Les ordinateurs photoniques pourraient débloquer l’IA

Bien qu’il existe actuellement des limites quant aux types de calculs auxquels la technologie photonique peut être appliquée, l’apprentissage profond est un domaine passionnant. L’apprentissage profond est un sous-ensemble du domaine de l’intelligence artificielle et, par conséquent, de l’apprentissage automatique.

Dans un article fascinant, le Dr Ryan Hamerly (MIT) affirme que la photonique est particulièrement adaptée au type de mathématiques utilisées dans l’apprentissage profond. Si les puces photoniques qu’ils s’efforcent de réaliser sont à la hauteur de leur potentiel, elles pourraient avoir un impact majeur sur l’apprentissage profond. Selon M. Hamerly :

Ce qui est clair, c'est que, au moins en théorie, la photonique a le potentiel d'accélérer l'apprentissage profond de plusieurs ordres de grandeur.

Étant donné qu’une grande partie de notre technologie de pointe repose aujourd’hui sur l’apprentissage automatique, la photonique pourrait être plus qu’une branche obscure de l’informatique théorique.

Les systèmes hybrides sont probables

Dans un avenir prévisible, nous ne verrons pas de systèmes purement photoniques. Ce qui est beaucoup plus probable, c’est que certaines parties des superordinateurs et autres systèmes de calcul à haute performance soient photoniques. Les composants photoniques pourraient progressivement améliorer ou prendre en charge certains types de calcul. Tout comme les processeurs quantiques D-Wave sont utilisés pour effectuer des calculs très spécifiques, le reste étant géré par des ordinateurs classiques.

Ainsi, jusqu’à ce que nous voyions la lumière un jour (pour ainsi dire), la photonique progressera probablement lentement mais sûrement en arrière-plan, jusqu’à ce qu’elle soit prête à donner le coup d’envoi d’une nouvelle révolution informatique.

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