En 10 ans, la diffraction casting pourrait transformer nos ordinateurs

L’informatique optique connaît un nouvel essor grâce à une architecture de conception innovante : la diffraction casting. Cette approche pourrait transformer le traitement de l’information en offrant des performances accrues et une efficacité énergétique supérieure.

L’informatique électronique, omniprésente dans nos appareils quotidiens, atteint progressivement ses limites physiques. La génération excessive de chaleur et les contraintes de fabrication freinent l’évolution des performances. Face à ces enjeux, les chercheurs explorent des alternatives, parmi lesquelles l’informatique optique se distingue particulièrement.

Cette technologie, conceptualisée depuis plusieurs décennies, exploite les propriétés uniques de la lumière. La vitesse de propagation des ondes lumineuses et leur capacité à interagir de manière complexe avec divers matériaux optiques, sans produire de chaleur, offrent des possibilités fascinantes. De plus, différentes longueurs d’onde peuvent traverser simultanément un même matériau sans interférence mutuelle, laissant entrevoir la création d’ordinateurs massivement parallèles, ultra-rapides et économes en énergie.

La diffraction casting : une innovation majeure

Le professeur associé Ryoichi Horisaki, du laboratoire de photonique de l’information à l’Université de Tokyo, a expliqué : «Dans les années 1980, des chercheurs japonais ont exploré une méthode d’informatique optique appelée shadow casting, capable d’effectuer des opérations logiques simples. Cependant, leur implémentation reposait sur des formes optiques géométriques relativement volumineuses, peut-être analogues aux tubes à vide utilisés dans les premiers ordinateurs numériques. Elles fonctionnaient en principe, mais manquaient de flexibilité et de facilité d’intégration pour créer quelque chose d’utile.»

La diffraction casting, développée par l’équipe du professeur Horisaki, améliore considérablement le concept de shadow casting. Alors que cette dernière s’appuyait sur l’interaction des rayons lumineux avec différentes géométries, la diffraction casting exploite les propriétés intrinsèques de l’onde lumineuse. Cette approche permet de concevoir des éléments optiques plus compacts et plus flexibles, favorisant la réalisation d’un ordinateur universel basé sur l’optique.

Un système entièrement optique

L’équipe de recherche propose un système entièrement optique, où seule la sortie finale est convertie en signal électronique et numérique. Le processus de traitement de l’information s’effectue intégralement dans le domaine optique, offrant ainsi des avantages considérables en termes de vitesse et d’efficacité énergétique.

Le principe de fonctionnement s’apparente à celui des calques dans un logiciel de traitement d’image. Une image source, représentant les données d’entrée, est combinée avec une série d’autres images correspondant aux différentes étapes des opérations logiques. La lumière traverse ces couches successives, projetant une image finale sur un capteur qui la convertit en données numériques exploitables.

Ryosuke Mashiko, auteur principal de l’étude, a déclaré : «La diffraction casting constitue un élément fondamental d’un ordinateur hypothétique basé sur ce principe. Il convient de la considérer comme un composant supplémentaire plutôt que comme un remplacement complet des systèmes existants, à l’instar des unités de traitement graphique spécialisées dans les tâches graphiques, de jeu et d’apprentissage automatique.»

Bien que les résultats soient encourageants, la commercialisation de cette technologie nécessitera encore environ une décennie de développement. L’implémentation physique du système, bien que fondée sur des travaux concrets, reste à réaliser. Actuellement, la diffraction casting démontre son utilité dans l’exécution des 16 opérations logiques de base au cœur du traitement de l’information.

Au-delà de l’informatique classique, cette approche pourrait également trouver des applications dans le domaine émergent de l’informatique quantique, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités pour l’avenir du traitement de l’information.

Légende illustration : Moulage par diffraction. Vue d’ensemble du système proposé montrant une couche d’image d’entrée placée parmi d’autres couches qui se combinent de différentes manières pour effectuer des opérations logiques lorsque la lumière passe à travers la pile. ©2024 Mashiko et al. CC-BY-ND

Article : Ryosuke Mashiko, Makoto Naruse, Ryoichi Horisaki, « Diffraction casting, » Advanced Photonics: October 3, 2024, doi:10.1117/1.AP.6.5.056005