Une étude menée par des chercheurs de l’Université du Maryland (UMD), en collaboration avec le Laboratoire national de Brookhaven du Département américain de l’énergie (DOE), a révélé un nouveau dispositif capable de traiter l’information en utilisant une faible quantité de lumière. Cette découverte pourrait permettre des communications plus économes en énergie et sécurisées pour des millions d’utilisateurs.
Les commutateurs optiques conventionnels, responsables de l’acheminement des signaux téléphoniques, reposent sur la lumière comme support de transmission et sur l’électricité comme outil de traitement, nécessitant ainsi une source d’énergie supplémentaire pour interpréter les données.
L’alternative proposée par You Zhou, professeur assistant au Département de science des matériaux et d’ingénierie de l’UMD, utilise uniquement la lumière pour alimenter la transmission complète, ce qui pourrait améliorer la vitesse et l’efficacité énergétique des plateformes de télécommunications et de calcul.
Une réduction significative de la consommation d’énergie
Les premiers tests de cette technologie ont démontré des améliorations énergétiques significatives. Alors que les commutateurs optiques conventionnels nécessitent entre 10 et 100 femtojoules pour permettre une transmission de communication, le dispositif de Zhou ne consomme que cent fois moins d’énergie, soit seulement un dixième à un femtojoule.
La construction d’un prototype permettant le traitement de l’information à l’aide de petites quantités de lumière, via une propriété du matériau connue sous le nom de «réponse non linéaire», a ouvert de nouvelles opportunités pour le groupe de recherche de Zhou. «Atteindre une forte non-linéarité était inattendu, ce qui a ouvert une nouvelle direction que nous n’explorions pas auparavant : les communications quantiques», a précisé You Zhou.
Pour construire le dispositif, Zhou a utilisé le Quantum Material Press (QPress) du Center for Functional Nanomaterials (CFN), une installation du DOE Office of Science offrant un accès gratuit à des équipements de pointe pour les scientifiques menant des recherches ouvertes. Le QPress est un outil automatisé pour la synthèse de matériaux quantiques avec des couches aussi fines qu’un seul atome.
«Nous collaborons avec le groupe de You Zhou depuis plusieurs années. Ils font partie des premiers utilisateurs de nos modules QPress, qui comprennent un exfoliateur, un catalogueur et un empileur», a déclaré Suji Park, scientifique au sein du groupe Electronic Nanomaterials du CFN. «Plus précisément, nous avons fourni des flocons exfoliés de haute qualité, adaptés à leurs demandes, et nous avons travaillé en étroite collaboration pour optimiser les conditions d’exfoliation de leurs matériaux. Ce partenariat a considérablement amélioré leur processus de fabrication d’échantillons.»
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Vers des communications quantiques sécurisées
L’équipe de recherche de You Zhou vise ensuite à augmenter l’efficacité énergétique jusqu’à la plus petite quantité d’énergie électromagnétique, un défi majeur pour permettre les communications quantiques, qui offrent une alternative prometteuse pour la sécurité des données.
Face à la recrudescence des cyberattaques, la construction d’une protection sophistiquée contre les pirates informatiques suscite un intérêt scientifique croissant. Les données transmises par les canaux de communication conventionnels peuvent être lues et copiées sans laisser de trace, ce qui a coûté des milliers de violations pour 350 millions d’utilisateurs l’année dernière, selon un récent rapport de Statista.
Les communications quantiques, en revanche, offrent une alternative prometteuse, car elles codent l’information à l’aide de la lumière, qui ne peut pas être interceptée sans en altérer l’état quantique. La méthode de You Zhou pour améliorer la non-linéarité des matériaux est un pas de plus vers la concrétisation de ces technologies.
Légende illustration : You Zhou, Liuxin Gu, doctorant à l’UMD, et Lifu Zhang, chercheur postdoctoral à l’UMD (de gauche à droite) au département de science et d’ingénierie des matériaux de l’UMD, observent une réponse optique non linéaire géante dans des matériaux dont l’épaisseur n’est que de quelques couches atomiques (Liuxin Gu).
Article – Rapidité, sécurité, durabilité : tel est l’avenir des télécommunications. https://www.nature.com/articles/s41566-024-01434-x
