Les centres de commutation du futur
Plus le monde est interconnecté, plus les exigences en matière d'infrastructure pour le trafic de données sont élevées. Le Pioneer Fellow de l'ETH Marc Reig Escalé et son équipe développent de nouvelles puces qui traitent les informations plus rapidement qu'il n'était possible jusqu'à présent et qui nécessitent même moins d'énergie.
Il est à peine plus épais qu'une carte postale et un timbre-poste paraît énorme à côté de lui. Sa surface scintille en bleu et noir, avec des incrustations dorées à l'intérieur. Son créateur le tient avec des pincettes comme un bijou précieux. Marc Reig Escalé a développé une puce qui permet la transmission de données à grande vitesse et qui pourrait donc jouer un rôle important dans l'avenir de la 5G et des autres technologies.
Car la tendance est claire depuis des années : dans un monde de plus en plus connecté, où les réfrigérateurs commandent d'eux-mêmes un réapprovisionnement lorsque le lait vient à manquer et où les chaises de bureau s'adaptent d'elles-mêmes au dos de leurs utilisateurs grâce à l'expérience de millions d'autres dos, le trafic de données augmente énormément. Un trafic qui se déroule principalement sur les câbles à fibres optiques en guise d'autoroutes. Sous nos routes, en surface de pylône en pylône ou dans les profondeurs de la mer, ces câbles se trouvent en faisceaux et transmettent des informations codées en impulsions lumineuses.
Mais tout comme les autoroutes ne suffisent pas à transporter des marchandises d'un point A à un point B, et que les camions qui les empruntent doivent également être chargés et déchargés, les câbles à fibres optiques ne représentent que la moitié du travail dans le monde du trafic de données. Les informations doivent être codées et décodées. Cela signifie qu'elles doivent être imprimées sur les signaux lumineux et être lues à la fin.
Circuits d'éclairage en miniature
Marc Reig Escalé et ses collègues de l'Institut d'électronique quantique de l'ETH Zurich ont trouvé, avec leur nouvelle puce, un moyen de rendre cette impression d'informations beaucoup plus efficace que ce qui était possible jusqu'à présent. L'idée est de combiner les meilleurs matériaux connus de l'optique et de la microélectronique pour les minuscules points de commutation. Il y a tout d'abord le silicium, le matériau de base le plus important de l'industrie informatique et qui a donné son nom à la Silicon Valley. En tant que semi-conducteur, il convient parfaitement à la construction de circuits électriques tels qu'on les trouve sur les puces des ordinateurs ou des téléphones portables. En tant que cristal, le silicium est également utilisé dans les puces optiques pour transmettre les ondes lumineuses. Cela présente des avantages pratiques, car la fabrication en format miniature est déjà connue dans le domaine de la microélectronique.
Mais pour les applications optiques, le silicium est loin d'être le meilleur choix. Le niobate de lithium présente des propriétés bien plus avantageuses, car il peut par exemple fonctionner avec une large gamme de fréquences lumineuses. Un effet important pour le traitement des données : le matériau cristallin est capable de modifier l'intensité de la lumière incidente en fonction de la tension électrique appliquée de l'extérieur. Les signaux électriques peuvent ainsi être transformés à grande vitesse en signaux optiques - exactement ce qui est nécessaire pour "charger les camions" qui sont envoyés sur les autoroutes de l'information.
Jusqu'à présent, ces convertisseurs en niobate de lithium sont encore si grands qu'ils consomment beaucoup d'énergie. Reig Escalé a toutefois pu s'appuyer sur une technique développée au début du millénaire à l'ETH Zurich pour déposer des couches extrêmement fines de niobate de lithium sur les fameuses puces en silicium. Grâce à différents procédés de gravure, le physicien est parvenu à peler de fines structures de cette couche cristalline, dans lesquelles on peut injecter de la lumière laser. Couplées à de délicates électrodes en or, elles permettent de traduire très efficacement des signaux électriques en signaux optiques. La lumière laser qui en sort contient les informations qui ont été envoyées auparavant aux électrodes sous forme électrique. "Avec nos puces, nous consommons moins d'énergie et pouvons traiter les signaux au moins deux fois plus vite que les alternatives commerciales disponibles pour le moment", explique le chercheur du laboratoire de la professeure de l'ETH Rachel Grange. En termes imagés, cela signifie qu'une seule puce peut charger plus de camions par unité de temps et donc, en tant que point de transbordement, desservir simultanément beaucoup plus d'autoroutes de l'information.
Une aubaine pour le secteur des télécommunications
Cette nouvelle n'a pas mis longtemps à se faire des amis dans l'industrie. Avec l'extension du réseau 5G et son successeur 6G déjà prévu, les taux de transmission de données atteignent des hauteurs toujours plus vertigineuses. Des hauteurs que doivent également gravir les différents composants impliqués. Parallèlement, la tendance à connecter au réseau de plus en plus d'objets du quotidien, comme les réfrigérateurs ou les chaises de bureau - ce que l'on appelle l'"Internet des objets" - fait que la quantité de données à traiter augmente considérablement.
Reig Escalé semble toutefois encore un peu stupéfait lorsqu'il raconte l'écho enthousiaste que la nouvelle technologie a rencontré dès son doctorat auprès des entreprises avec lesquelles le groupe coopérait. "Elles étaient déjà intéressées par la première puce, encore très primitive !"
C'est ainsi que le physicien ose maintenant sortir de la science pure. "Versics" est le nom de la jeune entreprise qu'il a fondée dans le cadre de son ETH Pioneer Fellowship. Le nom signifie "Versatile Optics", car la technologie peut être utilisée de manière polyvalente - et pas seulement sur la Terre. Elle pourrait par exemple aussi être utilisée pour la communication par satellite.
Le premier prototype commercialisable devrait voir le jour dès cette année. Pour cela, l'équipe de Reig Escalé travaille actuellement à plein régime. La fabrication de la puce en salle blanche et les tests de qualité dans le laboratoire d'optique, au cours desquels chaque bijou technique est examiné sous toutes les coutures, ne suffisent pas, loin de là. Il a fallu concevoir le boîtier et intégrer des connexions qui répondent aux normes industrielles. Dans la dernière ligne droite, il s'agit maintenant d'assembler toutes les pièces détachées et de convaincre en même temps les futurs clients et investisseurs de l'intérêt des plans. En tant que coordinateur de l'ensemble, Reig Escalé a fort à faire. "La recherche, ce n'est vraiment pas la même chose que la commercialisation", reconnaît-il en riant, soulignant combien ses compagnons de travail sont énergiques, à l'intérieur du laboratoire comme à l'extérieur, dans le monde des affaires.
Au début, son père était sceptique, car il savait - en tant qu'indépendant avec sa propre entreprise - ce qui attendait son fils. Cela a changé depuis. "Toute ma famille me soutient", est certain le Catalan d'origine. Et même si le contact Skype avec son pays d'origine ne permet pas de combler totalement la distance, Reig Escalé ne semble pas tout à fait mal à l'aise en Suisse : non seulement il aime les nombreuses nations et cultures qui s'y côtoient, mais il parle désormais presque couramment l'allemand et s'abonne tout naturellement au Tages-Anzeiger. Après tout, il y a d'autres sujets que les cristaux fascinants et le monde en réseau de l'avenir.