Ordinateur optique

Un ordinateur optique (ou ordinateur photonique) est un ordinateur numérique qui utilise des photons pour le traitement des informations, alors que les ordinateurs conventionnels utilisent des électrons.

Les photons ont la particularité de ne pas créer d’interférence magnétique, de ne pas générer de chaleur et de se propager très rapidement. Les transistors optiques sont beaucoup plus rapides que les transistors électroniques. Des ordinateurs optiques pourraient être plus puissants que les ordinateurs conventionnels actuels.

Historique 
Les chercheurs ont essayé de concevoir des ordinateurs optiques depuis le début des années 1970. Des progrès significatifs ont été effectués dans les années 1980, mais la technologie en est toujours à ses débuts. En 1990, une équipe des laboratoires Bell dirigée par Alan Huang a construit le premier ordinateur optique, un ordinateur composé de séries de lasers, d’optiques et de miroirs capables de faire uniquement des additions.

Les nombreuses difficultés de mise en œuvre d'un ordinateur optique, en particulier la miniaturisation des composants optiques, rendent plus qu'hypothétique la sortie d'un ordinateur classique purement optique dans le proche avenir. On espère toutefois pouvoir utiliser ce concept pour la résolution de problèmes particuliers, avec des ordinateurs mixtes.

Inconvénients 
La facilité de construction de l'ordinateur électronique conventionnel vient de la facilité de transporter l'information d'un endroit à un autre sous forme d'électrons et de stocker durablement l'information en utilisant les électrons pour modifier l'état d'une mémoire (condensateur, disque dur ou autre).

Tel n’est pas le cas en optique : les particules lumineuses - les photons - ne se stockent pas sur un support et la mémoire de masse à photons n’existe donc pas. De plus, il est difficile de transférer fiablement un photon d’un point à un autre : il se propage en ligne droite (aux phénomènes de diffraction près : voir photon, diffraction et principe d'optique non linéaire). On peut certes faire des guides optiques comme des fibres optiques, mais ils sont d’une complexité de réalisation plus grande que celle du simple fil métallique conducteur. De la mémoire RAM peut en revanche se faire en montant les transistors optique en bascule.

D'autre part, le terme d’ordinateur optique recèle déjà en lui-même une ambiguïté. Alors que l’informatique habituelle permet de traiter par la programmation des problèmes dits universels, les systèmes à base d’optique ne se prêtent bien qu’à la résolution de certains problèmes, en particulier ceux qui concernent le traitement de signal et d’image.

Atouts 
L’optique possède cependant certains atouts : elle utilise les trois dimensions de l’espace, puisqu’à une direction de propagation sont associées deux directions perpendiculaires suivant lesquelles on peut réaliser des images. Toute lentille réalise sur une image une opération algébrique extrêmement utile, la transformation de Fourier sur deux variables d’espace (les deux directions perpendiculaires à la propagation). Sans entrer dans le détail, cette opération est à la base de nombreuses applications spécialisées, telle la reconnaissance d’image.

En termes de puissance de calcul, les transistors optiques sont très rapides, et les ordinateurs optiques de laboratoire donnent des performances très remarquables, jusqu’à 5x10^12 opérations par seconde (5 TeraOPS) ; encore faut-il insister sur le fait qu’il ne s’agit alors que d’opérations spécialisées de traitement de signal.
La comparaison avec l’électronique doit se faire avec des circuits intégrés spécialisés pour une opération de traitement de signal, et qui ont donc des performances bien supérieures à celles des microprocesseurs universels : un circuit de traitement de signal tel que le STi 3220 pour l’analyse de mouvement d’images vidéo, comprenant un million de transistors répartis en 256 processeurs, a une puissance de calcul de 14 000 MFLOPS, alors qu’un microprocesseur de même taille et technologie ne réalise que 50 MFLOPS.

Comme on le voit, les spécificités de l’ordinateur optique en font avant tout un processeur de signal ou d’image. Cependant, les derniers progrès en matière d'optique non linéaire, notamment grâce à l'effet Kerr, permettent d'envisager des portes logiques plus complexes, et ouvrir cette technologie à un champ plus large d'applications.

Voir aussi 
 Processeur optique
 Ordinateur du futur

Notes et références 

Ordinateur par type
Architecture informatique