Un nanolaser promet de réduire de moitié la consommation d’énergie des ordinateurs
La création d’un nanolaser pourrait représenter une avancée significative vers un avenir où les microchips communiquent exclusivement par le biais de particules de lumière. Des chercheurs de l’Université Technique du Danemark (DTU) ont développé un petit nanolaser qui pourrait rendre les ordinateurs, smartphones et centres de données plus rapides tout en consommant moins d’énergie. Cette découverte a été publiée dans la revue scientifique Science Advances.
À l’avenir, des milliers de ces lasers pourraient être intégrés sur un seul microchip. Plutôt que de transmettre des informations à l’aide de signaux électriques, les appareils pourraient utiliser des photons, les particules qui composent la lumière. « Le nanolaser ouvre la possibilité de créer une nouvelle génération de composants alliant haute performance et taille minimale. Cela pourrait être pertinent dans le secteur des technologies de l’information, où des lasers ultra-petits et économes en énergie peuvent réduire la consommation d’énergie dans les 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 biosenseurs ultrasensibles, » explique le professeur Jesper Mørk de la DTU.
Actuellement, une grande partie de l’internet utilise déjà la lumière pour transmettre des informations via des câbles à fibre optique. Cependant, à l’intérieur des ordinateurs, les données circulent encore par des circuits électroniques utilisant l’électricité, ce qui génère de la chaleur et limite la vitesse de transfert des informations. Les nanolasers pourraient permettre une communication optique directement sur les microchips. En générant des signaux lumineux de manière efficace à l’intérieur du chip, ils pourraient réduire considérablement les pertes d’énergie, rendant ainsi les futurs appareils plus rapides et plus économes en énergie.
Mørk estime que l’utilisation de nanolasers dans les ordinateurs pourrait réduire la consommation d’énergie d’environ 50 %. Le nanolaser compact développé par la DTU représente une étape importante vers cet objectif. Les futures puces basées sur la communication optique nécessiteront probablement des milliers de lasers extrêmement petits et efficaces pour transmettre des informations à travers le chip.
Le nanolaser a été créé dans le laboratoire propre de la DTU, DTU Nanolab. Selon Mørk, ce dispositif dépasse la limite conventionnelle de la taille des lasers. Au cœur de cette innovation se trouve une structure appelée nanocavité, qui piège et concentre la lumière dans un espace exceptionnellement petit. Jusqu’à présent, atteindre une telle intensité de confinement à cette échelle était considéré comme extrêmement difficile.
Lorsque les chercheurs dirigent un faisceau de lumière sur le dispositif, les photons et les électrons se concentrent dans la même région microscopique, permettant au laser de fonctionner à température ambiante tout en nécessitant peu d’énergie. La structure de piégeage de lumière utilisée dans le nanolaser a été initialement développée par le groupe du professeur Ole Sigmund à la DTU Construct.
Le prochain défi majeur consiste à faire fonctionner le nanolaser avec de l’énergie électrique. Si les chercheurs parviennent à cet objectif, la technologie pourrait avoir des applications étendues dans les domaines de l’informatique, des communications et de la santé. Les ordinateurs et smartphones pourraient offrir de meilleures performances tout en consommant moins d’électricité. Les centres de données, qui nécessitent d’énormes quantités d’énergie, pourraient également connaître des réductions substantielles de leur consommation énergétique, entraînant des bénéfices climatiques significatifs.
Dans le domaine de la technologie de la santé, la capacité du nanolaser à concentrer la lumière dans une zone extrêmement petite pourrait soutenir des capteurs ultra-sensibles et des systèmes d’imagerie haute résolution. Les chercheurs estiment que les défis techniques restants pourraient être résolus dans les cinq à dix prochaines années.
Source : Science Advances
