fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l'École d'ingénierie de l'Université nationale de Séoul a développé une puce photonique intégrée programmable capable de réguler la vitesse de la lumière à la demande, offrant une nouvelle voie pour résoudre le problème du « stockage optique » dans le domaine du calcul photonique.
Dirigée par le professeur Namkyoo Park et le professeur Sunkyu Yu du Département de génie électrique et informatique de l'Université nationale de Séoul, en collaboration avec le professeur Xianji Piao du même département, l'équipe a publié ces résultats dans la revue Advanced Science. La recherche vise à répondre à la demande croissante en puissance de calcul générée par le développement de l'intelligence artificielle générative et des grands modèles, ainsi qu'aux goulots d'étranglement des semi-conducteurs électroniques traditionnels en matière de consommation d'énergie et de débit de transmission de données. En raison de la vitesse fixe de la lumière, la mise en cache et le stockage des signaux optiques sur une puce constituent un défi fondamental de longue date pour la technologie de calcul photonique.
L'équipe a proposé une solution de puce photonique intégrée programmable capable de réguler librement la vitesse de propagation et la forme d'onde des signaux optiques. Sur la base de cette solution, l'équipe a réalisé un contrôle de la « lumière lente » avec un degré de liberté plus élevé que les solutions existantes.
Les dispositifs CRIT (transparence induite par résonateur couplé) traditionnels, une fois fabriqués, ont des caractéristiques de fonctionnement fixes et ne peuvent pas être reconfigurés pour obtenir différents délais ou bandes de fréquences de travail. Pour surmonter cette limitation, l'équipe de recherche a unifié le mode brillant et le mode sombre du système CRIT en un seul degré de liberté contrôlable, et a introduit deux ensembles de coupleurs annulaires contrôlables, établissant ainsi une nouvelle conception de puce photonique intégrée programmable. Grâce à cette structure, l'équipe a réalisé un contrôle à la demande du délai du chemin optique et a confirmé que l'effet d'interférence entre le mode brillant et le mode sombre peut servir de paramètre de conception intégré unifié, augmentant considérablement le degré de liberté de conception.
L'équipe de recherche a confirmé qu'à l'aide du double coupleur annulaire, il est possible de réguler indépendamment, d'un point de vue théorique, la largeur de bande passante, la forme d'onde, ainsi que le délai et les caractéristiques de transmission du signal. Les résultats de simulation numérique montrent également que la puce peut ajuster dynamiquement en temps réel la vitesse de propagation des impulsions lumineuses pendant son fonctionnement, et peut contrôler librement le délai du signal optique sans perte de performance de traitement du signal, tout en effectuant une conversion du spectre optique. L'équipe a également vérifié par simulation électromagnétique tridimensionnelle que ce dispositif CRIT peut être fabriqué sur une plateforme de puce photonique intégrée en nitrure de silicium (Si₃N₄) et qu'il peut fonctionner de manière stable même après avoir pris en compte des facteurs d'interférence réels tels que la perte de matériau, la déviation du facteur de qualité de la cavité résonante, la rétrodiffusion, la fluctuation du coefficient de couplage, l'erreur de phase du coupleur annulaire et la diaphonie thermique.
La plateforme de puce photonique intégrée programmable issue de cette recherche permet d'intégrer des fonctions clés telles que la synchronisation temporelle des signaux, les lignes à retard variables, le stockage optique et la conversion spectrale au sein d'une seule architecture de puce. Cette approche de conception ne se limite pas au système CRIT et peut être étendue à tous les circuits photoniques basés sur des résonateurs, ce qui en fait une technologie de base prometteuse pour la prochaine génération de traitement de signaux optiques permettant un contrôle flexible de la transmission lumineuse. Si elle est commercialisée, cette puce pourrait réduire la consommation d'énergie des centres de données et des serveurs d'IA, tout en améliorant l'efficacité du traitement des données.
Le professeur Namkyoo Park, co-auteur correspondant de l'article, a déclaré que l'équipe prévoit d'étendre cette solution à des puces photoniques intégrées programmables à grande échelle, en s'appuyant sur les technologies de photonique sur silicium et d'IA photonique. Le Dr Seungkyun Park, premier co-auteur, et le doctorant Beomjoon Chae ont ajouté que cette recherche leur a fait prendre conscience qu'une interprétation différente des mécanismes physiques des résonateurs photoniques traditionnels peut révéler de nouvelles fonctionnalités pour les puces photoniques intégrées, et qu'ils prévoient de poursuivre leurs travaux pour réaliser la fabrication de dispositifs physiques et la validation expérimentale.
