Des scientifiques font une percée dans la recherche sur les matériaux quantiques

Dans l’univers des circuits intégrés photoniques, les photons remplacent les électrons pour réaliser une multitude de calculs. Cette technologie, basée sur le silicium apporterait de nettes améliorations dans les centres de données, l’intelligence artificielle, l’informatique quantique et bien plus encore.

Le domaine des circuits intégrés photoniques se concentre sur la miniaturisation des éléments photoniques et leur intégration dans des puces photoniques. Ces circuits réalisent une gamme de calculs en utilisant des photons, plutôt que des électrons comme dans les circuits électroniques.

La photonique à base de silicium

La photonique à base de silicium est un domaine en développement qui est pertinent pour les centres de données, l’intelligence artificielle, l’informatique quantique, et plus encore. Elle permet une amélioration considérable des performances des puces, ainsi que de leur rapport coût-bénéfice, car elle est basée sur la même matière première prédominante que celle des puces dans le monde de l’électronique.

Les défis de la production

Malgré les avantages du processus de production par lithographie bien développé, qui permet une production précise des dispositifs souhaités, les instruments ne permettent pas encore une cartographie précise des caractéristiques optiques de la puce.

Cela comprend son mouvement de lumière interne – une capacité cruciale étant donné la difficulté de modéliser l’effet des défauts de fabrication et des imprécisions – en raison des dimensions minuscules des dispositifs.

Fig. 4. Imagerie de la lumière à l’intérieur du séparateur MMI. (a) Imagerie optique du dispositif MMI. (b) Cartographie directe de l’évolution de la lumière à l’intérieur d’un dispositif MMI. La figure comprend des expositions de sept endroits différents le long du dispositif, assemblées pour suivre l’évolution dans la MMI. L’exposition la plus à droite se situe à l’entrée du guide d’ondes unique, tandis que l’exposition la plus à gauche concerne les deux guides d’ondes. (c) Zoom sur (b). (d) Résultats de la simulation à une échelle similaire à celle de (c). Les points (b)-(d) montrent l’intensité du champ électrique transversal. Il est évident que les résultats expérimentaux sont en excellent accord avec la simulation de l’évolution de la lumière dans un tel système.

… l’imagerie de la lumière dans les circuits photoniques

Un nouvel article de chercheurs de la Faculté d’ingénierie électrique et informatique Andrew et Erna Viterbi du Technion aborde ce défi, en montrant une imagerie avancée de la lumière dans les circuits photoniques sur puces.

La recherche, qui a été publiée dans la revue Optica, a été dirigée par le professeur Guy Bartal, responsable du Laboratoire de recherche avancée en photonique, et l’étudiant en doctorat Matan Iluz, en collaboration avec le groupe de recherche du professeur Amir Rosenthal. Les étudiants diplômés Kobi Cohen, Jacob Kheireddine, Yoav Hazan et Shai Tsesses ont également participé à la recherche.

Les chercheurs ont exploité les caractéristiques optiques du silicium pour cartographier la propagation de la lumière sans nécessiter une action invasive de quelque sorte que ce soit, qui perturbe ou modifie la puce. Ce processus comprend la cartographie du champ électrique des ondes lumineuses et la définition des éléments qui affectent le mouvement de la lumière – guides d’ondes et diviseurs de faisceau.

Fig. 1. (a) Schémas de la configuration expérimentale pour l’imagerie des ondes se propageant à l’intérieur des dispositifs photoniques. Des impulsions de signal de 1550 nm (orange) sont couplées à un réseau dans un guide d’ondes en silicium sur isolant (SOI), tandis que des impulsions de pompe de 780 nm (rouge) sont focalisées sur le dispositif à l’aide d’un objectif à longue distance de travail. Lorsque les deux impulsions se chevauchent dans le temps et l’espace, une onde non linéaire est générée (vert), séparée de la pompe par un miroir dichroïque (DM) et recueillie par une caméra CMOS standard. P, F et ?/2 représentent respectivement le polariseur linéaire, le filtre spectral et la plaque d’onde ?/2 respectivement. (b) Définitions des axes et directions de propagation du faisceau de pompe (incidence normale), du faisceau de signal (guidé le long du guide d’ondes) et du faisceau généré de manière non linéaire (réfléchi à un angle correspondant au vecteur d’onde de l’onde de signal). (c) Coupe transversale du guide d’onde unique.

Conception, production et optimisation des puces photoniques

Le processus développé par les chercheurs du Technion fournit des images en temps réel et des enregistrements vidéo de la lumière à l’intérieur de la puce photonique, sans avoir à endommager la puce et sans perdre de données. Ce nouveau processus devrait améliorer la conception, la production et les processus d’optimisation des puces photoniques dans une variété de domaines, dont les télécommunications, l’informatique haute performance, l’apprentissage automatique, la mesure des distances, l’imagerie médicale, la détection et l’informatique quantique.

La recherche est soutenue par le Helen Diller Quantum Center au Technion, le Microelectronics and Nanoelectronics Research Center au Technion, et l’Académie des sciences et des humanités d’Israël.

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