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’y a-t-il de si génial avec les ordinateurs optiques ?

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

Les ordinateurs optiques doivent également être très résistants aux interférences électromagnétiques. Les photons réels dans le système ne devraient pas être affectés, mais le laser ou une autre source de lumière fournissant ces photons pourrait toujours être désactivé.

La photonique pourrait également fournir des interconnexions parallèles à grande vitesse qui rendent possibles des systèmes informatiques parallèles pour lesquels les électrons sont trop lents.

Le système photonique que nous utilisons déjà

Bien qu’il n’existe pas encore d’ordinateur entièrement optique, 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 fibre à la maison, tous vos paquets réseau sont transformés en lumière à un moment donné le long de la ligne.

La fibre optique a révolutionné la quantité de données que nous pouvons déplacer sur des câbles relativement fins, sur des distances incroyablement longues. Même avec la surcharge 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 puzzle photonique n’est pas fissuré

Au moment d’écrire ces lignes, les scientifiques et les ingénieurs n’ont toujours pas compris comment reproduire chaque composant informatique qui existe actuellement dans les processeurs à semi-conducteurs. Le calcul est non linéaire. Cela nécessite que différents signaux interagissent les uns avec les autres et modifient les résultats des autres composants. Vous devez construire des portes logiques de la même manière que les transistors à semi-conducteurs sont utilisés pour créer des portes logiques, 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, cela pourrait être possible. De nombreux obstacles pratiques et technologiques doivent être surmontés avant que les ordinateurs photoniques ne jouent un rôle significatif.

Les ordinateurs photoniques pourraient débloquer l’IA

Bien qu’il existe actuellement des limites sur les types de technologies photoniques de calcul pouvant être appliquées, un domaine d’excitation est l’apprentissage en profondeur. L’apprentissage en profondeur est un sous-ensemble du domaine de l’intelligence artificielle et, à son tour, de l’apprentissage automatique.

Dans un article fascinant du Dr Ryan Hamerly (MIT), il soutient que la photonique est particulièrement adaptée au type de mathématiques utilisées dans l’apprentissage en profondeur. Si les puces photoniques sur lesquelles ils travaillent pour créer une réalité sont à la hauteur de leur potentiel, cela pourrait avoir un impact majeur sur l’apprentissage en profondeur. Selon Hamerly :

Ce qui est clair cependant, c’est que, du moins en théorie, la photonique a le potentiel d’accélérer l’apprentissage en profondeur de plusieurs ordres de grandeur.

Étant donné à quel point notre technologie de pointe repose aujourd’hui sur l’apprentissage automatique pour opérer sa magie, la photonique pourrait être plus qu’une simple branche obscure de l’informatique théorique.

Les systèmes hybrides sont probables

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

Ainsi, jusqu’à ce que nous voyions la lumière un jour (pour ainsi dire), la photonique progressera probablement lentement mais régulièrement en arrière-plan jusqu’à ce qu’elle soit prête à lancer une autre révolution informatique.