Les bits de données circulant sur ​​Internet ont un trajet difficile - ils rebondissent de long en large entre les lignes des signaux optiques pour une transmission efficace, et les lignes de signaux électriques pour le traitement. Des routeurs "tout optique" seraient plus efficace énergiquement mais leur développement a été entravé par un manque d’appareils de mémoire optique. Aujourd’hui, des chercheurs ont développé un tel appareil, ouvrant la voie à un Internet plus rapide et plus économe en énergie.

Les appareils, décrits aujourd’hui dans le journal Nature Photonics, sont basées sur des cavités optiques qui peuvent être commutées entre des états de transmission de la lumière et de blocage de la lumière afin de construire des signaux numériques. Les chercheurs de NTT, une entreprise de télécommunications basée à Kanagawa, au Japon, et d’autres ont travaillé sur de tels appareils depuis plusieurs années, mais les versions précédentes utilisaient trop d’énergie et ne pouvaient pas conserver les données assez longtemps.

Les nouvelles cellules de mémoire utilisent maintenant seulement 30 nanowatts de puissance, 300 fois moins que les modèles précédents, et peuvent conserver des données pendant une microseconde, ce qui est une durée quatre fois plus longe que le précédent record d’environ 250 nanosecondes. C’est donc assez longtemps pour soutenir la traitement, explique l’auteur principal Masaya Notomi, directeur du Groupe de recherche en photonique de nanostructures chez NTT.

"Notre objectif premier est la mémoire dans les routeurs du réseau ou des serveurs", explique Masaya Notomi. A des taux de données élevés, les signaux optiques sont beaucoup plus efficaces que les électriques, et la nécessité de les reconvertir de long en large gaspille de l’énergi. "Plus tard, nous espérons remplacer la mémoire vive, RAM, dans les ordinateurs à haute vitesse" a- t-il ajouté.

Pour fabriquer la mémoire optique, les chercheurs commencent par une dalle mince de phosphure d’indium. Dans le centre, ils enfouissent une bande d’un autre matériau optique, du phosphure d’indium arséniure de gallium. Cette bande, d’environ quatre micromètres de long et 300 nanomètres de large, sert de cellule de mémoire. Le phosphure d’indium est gravée avec des trous nanométriques, créant une structure qui ne transmet que certaines longueurs d’onde de la lumière. Un chemin à travers le milieu de la cellule est laissé non gravée, pour guider la lumière et la laisser entrer et sortir.

Les informations sont lues ou écrites sur des appareils à mémoire optique utilisant un laser. Quand une longueur d’onde particulière de lumière éclaire la cellule, les indices de réflexion du matériau changent de sorte qu’il va ou non transmettre une impulsion de lumière, pour créer soit un "1" ou "0" bit. Une autre impulsion lumineuse peut inverser cela. Un second laser fournit une lumière en arrière-plan constante, appelé "biais", ce qui contribue à maintenir la cellule de mémoire de son état.

Les chercheurs de NTT ont continué à intégrer quatre des cellules de mémoire sur la même puce. Masaya Notomi croit qu’il sera possible de combiner un million de ces cellules pour créer un appareil avec une consommation électrique de 30 milliwatts. Par comparaison, la mémoire flash utilise en moyenne 150 milliwatts. Lui et son groupe sont maintenant en train d’ajouter des lasers et des détecteurs de lumière nécessaires pour lire et écrire dans la mémoire optique sur la même puce.

Victor Zhirnov, directeur des projets spéciaux à la Semiconductor Research Corporation, un consortium de recherche à but non lucratif à Durham, en Caroline du Nord aux Etats-Unis, doute que les appareils optiques de mémoire à accès aléatoire soient utilisés dans les processeurs des ordinateurs à venir. Les cellules mémoire électroniques sont beaucoup plus compactes que ce que ne seront jamais les "optiques", et les technologies existantes telles que la flash ont des durées de conservation de données sur des décennies, dit-il.