Des composants de puces 500 fois plus petits grâce à l’intelligence artificielle

Jusqu’où peut-on miniaturiser les composants d’une puce sans compromettre ses performances ? C’est la question sur laquelle des chercheurs se sont penchés en faisant appel à l’intelligence artificielle. Ils ont ainsi conçu des composants photoniques jusqu’à 500 fois plus petits que les modèles traditionnels.

Comme leur nom l’indique, les composants photoniques permettent de manipuler et de guider la lumière au sein des puces. Contrairement aux puces électroniques conventionnelles qui utilisent des électrons pour transmettre et traiter l’information, les puces photoniques exploitent des photons, les particules qui composent la lumière. Cela leur permet notamment de transmettre et de traiter les données beaucoup plus rapidement.

Une nouvelle façon de concevoir les composants photoniques

Réduire la taille de leurs composants permet notamment de libérer de l’espace afin d’intégrer davantage d’éléments et de fonctionnalités sur une même puce. Dans leur étude, les chercheurs ont indiqué à un algorithme les fonctions que chaque composant devait remplir ainsi que différentes contraintes liées à leur fabrication.

L’IA s’est ensuite chargée de déterminer la géométrie de ces composants en testant et en affinant de nombreuses configurations. Cette méthode, qualifiée de « conception inverse », a permis d’obtenir des structures particulièrement compactes et aux formes inhabituelles.

Au total, les chercheurs ont créé trois types de composants : un séparateur de longueurs d’onde, un trieur de modes spatiaux et des miroirs destinés à diriger et contrôler la lumière au sein des circuits photoniques.

Comme l’explique Toby Bi, auteur principal de l’étude, « la conception inverse nous permet de définir le comportement souhaité pour la lumière ; l'optimisation par IA identifie ensuite la structure capable de le produire — une structure qu'aucun humain n'aurait probablement imaginée. »

Des composants jusqu’à 500 fois plus petits, mais toujours efficaces

Les nouveaux composants photoniques ont été fabriqués à partir d’une couche relativement épaisse de nitrure de silicium. Ce matériau permet de mieux confiner la lumière à l’intérieur des structures et de limiter les pertes.

Les résultats obtenus en laboratoire montrent que la miniaturisation ne s’est pas faite au détriment de leur efficacité. Longs d’environ 11 micromètres, les miroirs sont capables de réfléchir jusqu’à 98,5 % de la lumière incidente tout en bloquant les configurations lumineuses indésirables.

Placés par paire autour du canal microscopique chargé de guider la lumière à travers la puce, ils lui ont permis d’effectuer plus d’une centaine d’allers-retours avant de s’échapper. Autrement dit, très peu de lumière est perdue à chaque réflexion, malgré les dimensions extrêmement réduites du dispositif.

Pour le moment, les trois types de composants ont uniquement été testés séparément. La prochaine étape consistera donc à les réunir au sein d’un circuit photonique complet afin de vérifier les avantages de cette miniaturisation à grande échelle.

Source : Nature Communications