Des chercheurs de Stanford ont réussi à miniaturiser les lasers en titane-saphir (Ti) utilisés dans les ordinateurs quantiques en les rendant 10 000 fois plus petits que les modèles précédents et en les intégrant sur une puce. Traditionnellement, ces lasers coûtent plus de 100 000 dollars chacun. Grâce à cette méthode innovante, les scientifiques estiment toutefois que le coût de production pourrait chuter à seulement 100 dollars par laser.
La révolution quantique
Les ordinateurs quantiques représentent la prochaine révolution technologique et promettent de résoudre des problèmes complexes bien au-delà des capacités des ordinateurs classiques. Ils exploitent les principes de la mécanique quantique pour effectuer des calculs à une vitesse et une efficacité inégalées.
Dans le détail, contrairement aux ordinateurs traditionnels qui utilisent des bits, les ordinateurs quantiques utilisent des qubits. Les bits traditionnels utilisés dans les ordinateurs classiques représentent l’information sous forme binaire, soit un 0 soit un 1. Les qubits peuvent quant à eux représenter simultanément un 0, un 1 ou une superposition des deux grâce aux principes de la mécanique quantique comme la superposition et l’intrication.
La superposition permet à un qubit d’être dans plusieurs états en même temps, ce qui multiplie exponentiellement les possibilités de calcul. Par exemple, alors qu’un bit peut représenter uniquement deux états (0 ou 1), deux qubits peuvent représenter quatre états simultanément (00, 01, 10, 11). Cette capacité à traiter de multiples états à la fois permet aux ordinateurs quantiques de réaliser des calculs en parallèle, ce qui offre ainsi une puissance de traitement bien supérieure à celle des ordinateurs classiques pour certains types de problèmes.
De plus, l’intrication quantique, un autre phénomène de la mécanique quantique, permet aux qubits d’être interconnectés de manière à ce que l’état de l’un puisse instantanément affecter l’état de l’autre même à distance. Cela permet une communication et une coordination entre qubits qui augmentent encore plus la puissance de calcul des ordinateurs quantiques.
Le rôle crucial des lasers pour les ordinateurs quantiques
Pour fonctionner, ces machines de pointe nécessitent des composants extrêmement précis et fiables. L’un de ces composants essentiels est le laser en titane-saphir (Ti), utilisé pour manipuler les qubits et effectuer des transitions d’état précises. Ces lasers sont réputés pour leur performance, mais ils présentent des inconvénients majeurs. Leur grande taille et leur coût élevé limitent en effet leur utilisation à des laboratoires de recherche bien financés.
C’est notamment le cas dans des domaines tels que les neurosciences et la microchirurgie. Par exemple dans l’optogénétique, où les scientifiques contrôlent les neurones avec de la lumière, les lasers volumineux rendent les procédures plus compliquées et moins précises. De même, les applications en microchirurgie nécessitent des lasers compacts et abordables pour permettre des interventions plus précises et moins invasives.
De plus, leur fabrication complexe empêche une production à grande échelle, ce qui freine les avancées dans divers domaines technologiques et scientifiques. Néanmoins, cela pourrait bientôt changer. Des chercheurs de Stanford ont en effet réussi une en miniaturisant ces lasers Ti jusqu’à 10 000 fois leur taille précédente.
La miniaturisation des lasers Ti
Pour accomplir cette miniaturisation, ils ont utilisé une technique innovante qui consiste à broyer des cristaux de saphir jusqu’à obtenir une couche extrêmement fine d’une épaisseur de quelques centaines de nanomètres (un nanomètre étant un milliardième de mètre). Ensuite, ils ont créé un motif en forme de vortex de minuscules crêtes dans le cristal. Lorsqu’un pointeur laser vert est dirigé dans ce tourbillon, l’intensité du laser augmente à chaque rotation.
Grâce à cette innovation, le coût de production de chaque laser pourrait chuter à environ 100 dollars, alors qu’ils coûtent actuellement plus de 100 000 dollars chacun. De plus, les chercheurs estiment que des milliers de ces lasers pourraient être fabriqués sur une plaque de dix centimètres de diamètre, ce qui réduirait encore le coût par unité. Cette avancée rend non seulement les lasers plus abordables, mais ouvre également la voie à des applications à grande échelle dans divers domaines scientifiques et technologiques.
Les lasers miniaturisés en titane-saphir pourraient ainsi révolutionner plusieurs domaines. Par exemple, dans le domaine des ordinateurs quantiques, ces lasers pourraient permettre de rendre les machines plus compactes et plus efficaces. Dans les neurosciences, ces lasers pourraient permettre des contrôles neuronaux plus précis et moins invasifs, ce qui faciliterait ainsi la recherche et les traitements médicaux. En microchirurgie, ils pourraient en outre offrir des interventions chirurgicales ultra-précises, ce qui réduira les risques et améliorera les résultats pour les patients.
Les chercheurs de Stanford sont très optimistes quant à la commercialisation de ces lasers pour la recherche universitaire d’ici deux ans. Cette disponibilité pourrait alors catalyser des innovations et découvertes scientifiques que nous ne pouvons même pas encore imaginer.
