Un laser microscopique peut réduire de moitié la consommation d’énergie d’un ordinateur

L’invention d’un nanolaser est la première étape vers la communication numérique future, où la communication sur les micropuces peut être entièrement basée sur des particules de lumière.

Des chercheurs de DTU ont développé un nanolaser révolutionnaire qui pourrait être la clé d’ordinateurs, de téléphones et de centres de données beaucoup plus rapides et économes en énergie. L’invention du nanolaser a été publiée dans la revue scientifique Science Advances. La technologie offre la perspective de placer des milliers de ces nouveaux lasers sur une seule micropuce, ouvrant ainsi un avenir numérique où les données ne sont plus transmises par des signaux électriques, mais par des particules de lumière, les photons.

« Le nanolaser ouvre la possibilité de créer une nouvelle génération de composants alliant performances élevées et taille minimale. Cela pourrait être dans les technologies de l’information, par exemple, où des lasers ultra-compacts et économes en énergie peuvent réduire la consommation d’énergie des ordinateurs, ou dans le développement de capteurs pour le secteur de la santé, où la concentration extrême de lumière du nanolaser peut fournir des images haute résolution et des biocapteurs ultrasensibles », explique le professeur DTU Jesper Mørk.

Il a co-écrit la publication avec, entre autres, les docteurs Meng Xiong et Yi Yu de DTU Electro.

Réduire de moitié la consommation d’énergie des ordinateurs

Internet communique déjà les données sous forme de particules de lumière sur les câbles à fibres optiques, mais les ordinateurs utilisent l’électricité pour envoyer des données à travers les circuits électroniques. Cela limite la vitesse et génère de la chaleur. 
En apportant la lumière directement dans la micropuce elle-même grâce aux nanolasers, la technologie numérique de l’avenir peut devenir plus rapide, plus froide et bien plus respectueuse du climat. Cela est possible car les nanolasers peuvent générer efficacement des signaux lumineux qui peuvent être transmis avec presque aucune perte d’énergie. En ce qui concerne les ordinateurs, Jesper Mørk estime que les nanolasers peuvent réduire de moitié la consommation d’énergie.

Le nanolaser ultra-compact de DTU est un élément constitutif nécessaire pour cette vision car, à l’avenir, les micropuces auront besoin de milliers de minuscules lasers économes en énergie pour envoyer des signaux lumineux en interne sur la puce.

Une percée technologique

Le nanolaser a été développé dans la salle blanche de DTU, DTU Nanolab, et, selon Jesper Mørk, il repousse la limite traditionnelle de la taille des lasers. Le laser est basé sur une structure de piégeage de la lumière – une nanocavité – qui concentre la lumière extrêmement puissamment dans une zone si petite que de telles conceptions étaient auparavant considérées comme impossibles.

Lorsque les chercheurs éclairent le laser avec un faisceau lumineux, la lumière et les électrons se rassemblent dans une zone microscopique. Cela permet au laser de fonctionner à température ambiante avec une consommation d’énergie exceptionnellement faible.

La structure de piégeage de la lumière des chercheurs de DTU a été initialement conçue par le groupe du professeur Ole Sigmund de DTU Construct.

Une technologie plus rapide, moins de CO₂ et de meilleurs capteurs

Si le nanolaser peut être alimenté électriquement à l’avenir — et ce sera le prochain grand défi de la recherche — il pourrait révolutionner un large éventail de technologies. Les ordinateurs et les smartphones pourraient utiliser beaucoup moins d’énergie et offrir des performances plus élevées, et les centres de données pourraient réduire considérablement leur consommation d’énergie, entraînant d’importantes économies climatiques. Dans le domaine de la technologie de la santé, le nanolaser permettrait le développement de capteurs ultra-sensibles et de systèmes d’imagerie haute résolution.

Les chercheurs estiment que les derniers défis techniques peuvent être résolus dans les 5 à 10 prochaines années.

Article : A nanolaser with extreme dielectric confinement – Journal : Science Advances – DOI : Lien vers l’étude

Source : DTU