Utiliser un milieu désordonné comme processeur optique pour réaliser des calculs analogiques

Réaliser des calculs avec la lumière est un élément essentiel pour de nombreuses applications, des télécommunications à l’ordinateur optique en passant par le machine learning. Pour nombre de ces applications, la robustesse aux imprécisions de fabrications, la reconfigurabilité et la possibilité de réaliser des calculs de grande taille sont des propriétés primordiales. Traditionnellement, la forme ou la structure du milieu qui réalise une opération est optimisée pour cette opération. Par exemple, une lentille réalise une opération de transformée de Fourier car la loi de retard qu’elle introduit est spécifiquement prévue pour cette tâche. Depuis l’avènement des techniques de contrôle du front d’onde, dont l’Institut Langevin est un des centres pionniers, nous savons que la complexité d’une tâche peut être redirigée sur le façonnage du front d’onde incident, permettant par exemple d’utiliser un milieu diffusant, telle qu’une couche de peinture, comme une lentille pour focaliser la lumière.

Dans cet article publié récemment dans Optica, des chercheurs de l’Institut Langevin (CNRS et ESPCI Paris) proposent d’utiliser un milieu complexe, comme une fibre optique ou un milieu diffusant, comme plateforme de calcul pilotée par un dispositif de façonnage du front d’onde. Un milieu complexe peut être représenté par une matrice qui caractérise la propagation en son sein. À partir de cette matrice de grande taille, nous pouvons extraire une sous-matrice qui réalise n’importe quelle opération désirée en trouvant les bons fronts d’onde incidents et sortants. Nous démontrons ce concept en utilisant un modulateur spatial de lumière pour transformer une fibre optique en un processeur tout optique permettant de réaliser des calculs littéralement à la vitesse de la lumière.

Référence :

Maxime W. Matthès, Philipp del Hougne, Julien de Rosny, Geoffroy Lerosey, and Sébastien M. Popoff
Optical complex media as universal reconfigurable linear operators
Optica 6, 4, 465-472 (2019)

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