Les circuits du futur

Il n'est pas beaucoup plus épais qu'une carte postale, et un timbre-poste semble énorme en comparaison. Sa surface brille en bleu-noir, avec des incrustations d'or. Avec amour, son créateur le tient avec une pince à épiler comme s'il s'agissait d'un bijou précieux. Marc Reig Escalé a mis au point une puce qui permet la transmission de données à haut débit et pourrait jouer un rôle essentiel dans l'avenir de la 5G et des entreprises similaires.

La tendance est claire depuis des années : dans un monde de plus en plus connecté, dans lequel même les réfrigérateurs se réapprovisionnent automatiquement lorsque le lait vient à manquer, ou les chaises de bureau s'adaptent au dos de leurs utilisatrices et utilisateurs parce qu'elles ont accès aux données expérientielles de millions d'autres dos, nous constatons une énorme augmentation du trafic de données. Ce type de trafic circule généralement sur des autoroutes de câbles à fibres optiques. Partout dans le monde, que ce soit sous nos rues, à la surface, de mât en mât, ou dans les profondeurs de l'océan, des faisceaux de ces câbles transportent des impulsions lumineuses pour transmettre des informations codées.

Toutefois, de même que les autoroutes ne suffisent pas à transporter des marchandises d'un point A à un point B, car les camions qui les empruntent doivent être chargés et déchargés, les câbles à fibres optiques ne représentent qu'une partie de l'histoire dans le monde du trafic de données. L'information doit être codée et décodée. Cela signifie qu'elles doivent être «écrites» dans les signaux lumineux, puis «relues» à la fin.

Des circuits d'éclairage en miniature

Avec leur nouvelle puce, Marc Reig Escalé et ses collègues de l'Institut d'électronique quantique de l'ETH Zurich ont trouvé un moyen de rendre cette «écriture» d'informations beaucoup plus efficace que ce qui était possible auparavant. L'idée était de combiner les meilleurs matériaux des domaines de l'optique et de la microélectronique pour créer ces minuscules puces. Tout d'abord, il y a le silicium, le matériau le plus important dans l'industrie informatique et l'élément qui a donné son nom à la Silicon Valley. En tant que semi-conducteur, il est exceptionnellement bien adapté à la construction de circuits électriques, tels que ceux des puces des ordinateurs et des téléphones portables. Sous forme de 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 bien établie en microélectronique.

À des fins optiques, cependant, le silicium est loin d'être le meilleur choix. Le niobate de lithium offre des caractéristiques bien plus favorables : par exemple, il peut fonctionner avec une gamme plus large de fréquences lumineuses. Un attribut important pour le traitement des données est la capacité de ce matériau cristallin à modifier l'intensité de la lumière incidente en fonction de la tension électrique appliquée de l'extérieur. Les signaux électriques peuvent ainsi être transformés en signaux optiques à grande vitesse, ce qui est précisément nécessaire pour «charger les camions» qui circuleront sur les autoroutes de l'information.

Jusqu'à présent, cependant, ces modulateurs en niobate de lithium étaient si grands qu'ils consommaient beaucoup d'énergie. Heureusement, Marc Reig Escalé a pu s'appuyer sur une technologie mise au point à l'ETH Zurich au début de la décennie pour appliquer des couches extrêmement fines de niobate de lithium sur les fameuses puces de silicium. Le physicien est parvenu à décoller de fines structures de cette couche de cristal à l'aide de diverses techniques de gravure, dans lesquelles on peut introduire de la lumière laser. Couplé à de délicates électrodes en or, il devient possible de traduire très efficacement les signaux électriques en signaux optiques. La lumière laser émergente contient les informations qui avaient été envoyées auparavant sous forme électrique aux électrodes. «Nos puces consomment moins d'énergie et peuvent traiter les signaux au moins deux fois plus vite que les alternatives commerciales qui existent actuellement», explique Marc Reig Escalé, qui travaille dans le laboratoire du professeur Rachel Grange. Métaphoriquement parlant, cela signifie qu'une puce individuelle peut charger plus de camions par unité de temps et peut donc desservir simultanément beaucoup plus d'autoroutes de données en tant que terminal de transbordement.

Une riche découverte pour le secteur des télécommunications

Cette nouvelle n'a pas mis longtemps à susciter l'intérêt de l'industrie. Avec l'expansion du réseau 5G et les plans déjà élaborés pour son successeur 6G, les débits de données atteignent des hauteurs toujours plus vertigineuses – et les capacités des composants individuels doivent être à la hauteur du défi. Dans le même temps, la tendance à connecter au web de plus en plus d'objets du quotidien, tels que des réfrigérateurs ou des chaises de bureau, pour former ce que l'on appelle l'Internet des objets, signifie que la quantité de données à traiter monte en flèche.

Marc Reig Escalé n'en revient toujours pas lorsqu'il évoque l'engouement que cette nouvelle technologie a suscité auprès des entreprises avec lesquelles son groupe collaborait pendant son doctorat. «Ils étaient en fait intéressés par la première puce, aussi primitive soit-elle !»

C'est ainsi que le physicien fait le saut audacieux hors de son habitat de science pure. «Versics» est le nom de la nouvelle entreprise qu'il a fondée dans le cadre de son ETH Pioneer Fellowship. Versics est l'abréviation de versatile optics, car la technologie a une grande variété d'applications possibles – et le ciel n'est même pas la limite, car cette technologie pourrait également être utile pour les communications par satellite.

Le premier prototype commercialisable devrait être prêt dans le courant de l'année, et l'équipe de Marc Reig Escalé travaille d'arrache-pied pour y parvenir. Cependant, la fabrication des puces dans la salle blanche et les tests de qualité dans le laboratoire d'optique, au cours desquels chacun de ces bijoux techniques est examiné avec minutie, sont loin de constituer la fin de l'histoire. Il a fallu concevoir le boîtier et intégrer les connexions conformément aux normes industrielles. Maintenant, il s'agit d'assembler toutes les pièces individuelles tout en convainquant les futurs clients et investisseurs. En tant que coordinateur de l'ensemble du projet, Reig Escalé est un homme occupé. «Le marketing et la recherche sont vraiment deux mondes différents», admet-il en riant avant de faire l'éloge de ses collègues et partenaires énergiques et entreprenants, tant au laboratoire que dans le monde des affaires.

Au début, son père était sceptique, car il dirigeait sa propre entreprise et savait ce qui attendait son fils. Mais cela a changé depuis : «Toute ma famille me soutient», dit-il. Et même si les contacts par Skype avec les amis et la famille en Catalogne ne suffisent pas à combler la distance, Reig Escalé ne semble pas trop dépaysé en Suisse. Non seulement il aime le mélange de nationalités et de cultures qui se côtoient ici, mais il parle maintenant presque couramment l'allemand et s'est même abonné au journal Tages-Anzeiger. Après tout, il y a bien d'autres sujets intéressants dans ce monde que les cristaux fascinants et le monde connecté de l'avenir.