La prochaine grande révolution technologique pourrait provenir des faisceaux lumineux plutôt que des puces en silicium. L’informatique photique promet de surmonter les limites de l’électronique traditionnelle et d’ouvrir la voie à des systèmes d’intelligence artificielle plus rapides et plus efficaces sur le plan énergétique, ce qui pourrait réduire leur impact environnemental. L’histoire de l’informatique est marquée par une paradoxe : tandis que le monde physique est continu et complexe, les ordinateurs doivent tout traduire en zéros et uns. Aujourd’hui, une équipe internationale de chercheurs, dirigée depuis l’Espagne par l’Institut de Physique Interdisciplinaire et Systèmes Complexes (IFISC), propose un virage à 180 degrés : utiliser directement les propriétés des systèmes physiques — en particulier la lumière — pour traiter l’information.
Le projet Post-Digital est un Réseau de Formation Innovante, financé par l’Union Européenne, qui regroupe 14 acteurs académiques et industriels, dont IBM et Thales, leaders en informatique optique et neuromorphique. Dans sa première phase, coordonnée par l’Université d’Aston (Royaume-Uni), l’objectif a été de former 15 jeunes chercheurs aux technologies de l’information et de la communication (TIC) de pointe. En 2025, la version Plus a été lancée pour quatre années supplémentaires, coordonnée par l’IFISC, incluant la Universitat de les Illes Balears et le Centre Supérieur de Recherches Scientifiques (CSIC), basé à Majorque. Le projet est dirigé par le physicien Claudio Mirasso, et l’équipe comprend également Miguel C. Soriano, Ingo Fischer et Apostolos Argyris. Dans cette deuxième phase, de nouvelles entreprises (Hewlett Packard Enterprise Belgium, NcodiN, Akhetronics et la société valencienne VLC Photonics) se joindront pour former 17 nouveaux chercheurs.
L’objectif est de former une nouvelle génération d’ingénieurs, de physiciens et d’informaticiens capables de concevoir et de développer des systèmes informatiques non conventionnels. Ces systèmes devraient aider le panorama TIC européen à faire face à la crise imminente des technologies numériques. Le risque provient de la génération massive de données liée à l’augmentation des applications internet et à la prolifération rapide de services de communication à large bande interconnectés. Pour répondre à cette demande, une augmentation considérable de la puissance de traitement et de la bande passante est nécessaire, que la technologie numérique actuelle ne pourra pas supporter. « Nous cherchons à développer du matériel photonic et optoélectronique », précise Mirasso. Les recherches sur l’informatique non conventionnelle commencent déjà à donner leurs premiers résultats prometteurs.
Dans leurs travaux, les chercheurs examinent comment les substrats photoniques pourraient devenir des moteurs de calcul capables d’implémenter des réseaux neuronaux artificiels. Ces connexions, fondamentales pour l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle, bénéficieraient de deux avantages décisifs : la vitesse de propagation de la lumière et sa faible consommation d’énergie par rapport aux systèmes électroniques.
La forte génération de données exige une augmentation de la puissance de traitement et de la bande passante. Dans ce contexte, l’informatique non conventionnelle pourrait être la solution.
La lumière, une précieuse alliée
Divers prototypes de réseaux neuronaux photoniques sont déjà en phase d’essai, capables d’effectuer des tâches de classification et de reconnaissance avec une efficacité remarquable. Si ces expériences peuvent être étendues à grande échelle, la lumière pourrait remplacer ou compléter les circuits électroniques dans des domaines critiques tels que le traitement massif des données, la vision par ordinateur ou l’analyse en temps réel de systèmes complexes. « Notre défi est de passer de nos démonstrations en laboratoire à des dispositifs réels. L’intelligence artificielle actuelle fonctionne avec des algorithmes que nous souhaitons intégrer directement dans une puce photonique. Cela permettra à l’utilisateur final d’effectuer plus d’opérations en moins de temps, tout en consommant moins d’énergie », explique Miguel C. Soriano, responsable du projet au CSIC.
L’intelligence artificielle actuelle fonctionne avec des algorithmes que nous voulons faire passer directement dans une puce photonique. Cela permettra à l’utilisateur de réaliser plus d’opérations en moins de temps et avec une consommation énergétique réduite.
Miguel C. Soriano
— Chercheur au CSIC
En pleine crise climatique, les avantages en matière de consommation énergétique sont significatifs. Avec l’électronique actuelle, les puces spécialisées en intelligence artificielle consomment une quantité d’énergie leur permettant d’exécuter entre 1 et 30 trillions d’opérations par watt (TOPS/W). Le potentiel écologique de la photonique est évident. « Les prototypes de laboratoire utilisant la lumière plutôt que l’électricité montrent un potentiel théorique d’efficacité entre 10 et 100 fois supérieur. La raison est simple : la lumière voyage presque sans résistance, minimisant ainsi l’énergie perdue par les électrons sous forme de chaleur », explique Soriano.
En examinant ces chiffres, la vitesse de fonctionnement du processeur optique se démarque également. Les accelerateurs les plus puissants du marché réalisent déjà des milliers de trillions d’opérations par seconde (plusieurs milliers de TOPS) sur une seule puce. « Les prototypes de laboratoire ont déjà prouvé leur capacité à égaler les puces électroniques les plus rapides, atteignant des milliers de TOPS. Mais leur véritable potentiel, grâce à l’utilisation de multiples couleurs de lumière en parallèle, pourrait atteindre des millions de TOPS, une vitesse aujourd’hui inaccessibles à l’électronique mais théoriquement réalisable avec des systèmes photoniques », ajoute le chercheur.
Les prototypes de laboratoire qui utilisent la lumière plutôt que l’électricité montrent un potentiel théorique d’efficacité de 10 à 100 fois supérieur. La lumière voyage presque sans résistance, évitant ainsi une grande partie de l’énergie que les électrons perdent sous forme de chaleur.
Miguel C. Soriano
— Chercheur au CSIC
Dans la pratique, ces systèmes pourraient jouer un rôle clé dans des applications extrêmes des aéronautiques, souligne Soriano. Par exemple, pour piloter un chasseur nécessitant des ajustements rapides dans l’air pour modifier sa trajectoire. Ils pourraient également être des alliés importants pour la conduite autonome des véhicules, où la latence — le temps nécessaire pour effectuer un calcul — est critique, la lumière étant beaucoup plus réactive. « À court, moyen et long terme, ces technologies pourraient surtout bénéficier aux entreprises, mais aussi aux administrations et aux entités publiques comme les hôpitaux pour l’analyse d’images médicales », affirme Mirasso.
Une perspective d’avenir
Cependant, des défis subsistent. Les chercheurs mettent en garde contre les objectifs qui restent à atteindre : concevoir des dispositifs reprogrammables, intégrer l’apprentissage directement dans le matériel physique et garantir la stabilité des systèmes. « Des obstacles doivent encore être surmontés pour atteindre la multifonctionnalité des ordinateurs actuels », précise Soriano. La transition de l’électronique à la photonique ne sera pas immédiate, mais des bases conceptuelles et expérimentales sont déjà établies, et leur application est envisagée. « Ce chemin est soutenu par un conseil consultatif industriel actif, un plan clair pour commercialiser les résultats, ainsi que des normes de propriété intellectuelle bien définies », ajoute Mirasso.
La conclusion est évidente : l’informatique non conventionnelle, et en particulier la photonique, pourrait redéfinir l’avenir du traitement de l’information. Une révolution silencieuse — ou plutôt lumineuse — qui promet de transformer la manière dont les machines intelligentes fonctionnent, inspirée par le cerveau humain.
Points à retenir
- L’informatique photonica pourrait dépasser les limitations des systèmes électroniques traditionnels, offrant une alternative plus écologique.
- Le projet Post-Digital ambitionne de former une nouvelle génération de chercheurs capables de développer des technologies non conventionnelles.
- Les réseaux neuronaux photoniques pourraient révolutionner des domaines comme la vision par ordinateur et le traitement massif des données.
- Des défis techniques, tels que l’intégration directe de l’intelligence artificielle dans le matériel physique, restent à surmonter.
En somme, alors que nous avançons vers un avenir où la technologie évolue à un rythme effréné, il est légitime de se demander dans quelle mesure ces innovations transformeraient notre quotidien et quelles seraient leurs implications sur le plan socio-économique. Le passage à une informatique photonica pourrait bien redéfinir non seulement notre rapport à la technologie, mais également nos interactions avec l’environnement.