Comment ça marche ?

+ Fonctionnement théorique d’un processeur

Comme nous l’avons vu (lien), il est possible de manipuler l’information à l’aide de portes logiques, constituées de transistors. Or, en combinant encore une fois ces portes logiques entre-elles, il est possible d’effectuer des opérations plus complexes. Afin de démontrer l’utilité des portes logiques et de présenter simplement le concept de processeur, nous avons conçu une « machine logique » capable d’effectuer des additions en binaire.

Sur ce schéma, la logique appliquée est celle de la technique classique de l’addition : on additionne un-à-un les bits en partant des bits les moins significatifs (soit ceux situés le plus à droite) en appliquant une retenue si le nombre obtenu est égal ou inférieur à 2 (soit 10 en binaire). Le nombre obtenu est ensuite redirigé vers l’affichage, tandis que la retenue est conservée pour le calcul suivant.

+ Le processeur optique

Forts de cette démonstration théorique, nous pouvons imaginer qu’afin de concevoir un processeur optique, il suffit de remplacer les transistors électroniques basés sur les semi-conducteurs par des « transistors optiques ». Cependant, le principe de fonctionnement des transistors n’est pas directement transposable à des procédés optiques. Pour ce faire, on utilise la propriété de certains matériaux dont l’indice de réfraction varie lorsqu’on le soumet à un champ électrique : l’effet Kerr. Dans certains cas, le courant électrique peut être généré par la lumière elle-même : on parle d’effet Kerr optique. Selon les matériaux utilisés, le rayon lumineux ainsi créé peut également adopter une trajectoire non-linéaire.

Ainsi, cet effet Kerr permet de concevoir des portes logiques. En effet, l’indice de réfraction des matériaux utilisés sera différent si le rayon qui l'impacte est assez puissant pour modifier son indice de réfraction. Voici par exemple le principe simplifié d’une porte logique optique « NOT » obtenue grâce à l’effet Kerr optique.

Soit un matériau dont l'indice de réfraction n'est pas nul et deux tunnels permettant à la lumière de circuler. Sur la figure 1, le rayon "signal" n'est pas assez puissant pour modifier l'indice de réfraction. Le rayon "signal" est ainsi dévié et passe donc de 1i ("i" pour input) à 2o ("o" pour output).

Si on introduit un deuxième rayon plus puissant (le rayon "contrôle"), celui-ci est en mesure de rétablir un indice de réfraction nul. Les rayons ne sont donc pas déviés et sortent en 1o. En considérant le rayon "contrôle" comme l'input, et la sortie 2o comme la voie de sortie, le système se comporte comme une porte NOT (on néglige 2i et 1o).

De même, en jouant sur les deux portes, il est possible de créer des portes AND et OR. Il suffit de faire entrer le rayon "contrôle en 1i et le rayon "signal" en 2i. En considérant que tous deux sont assez puissants pour que l'information transmise soit un "1", mais que seul le rayon "contrôle" l'est assez pour rétablir un indice de réfraction nul, le système se comporterai comme une porte OR en 1o, et comme une porte AND en 2o.