Transmission de données : les lasers dans la course aux débits

En 2010, selon le cabinet d’analystes IDC, le monde n’échangeait que deux zettaoctets de données numériques, soit l’équivalent de deux milliards de téraoctets ou environ 500 milliards de DVD ! En 2015, ce chiffre avait été multiplié par six.

Et une pause ne semble pas envisagée ! Selon le même cabinet, le volume mondial de données sera multiplié par 3,7 entre 2020 et 2025, puis par 3,5 tous les cinq ans jusqu’en 2035, soit plus de 2 100 zettaoctets.

Principale raison à cette exploitation de la data : le big data et l’ambition des entreprises d’analyser quasi en temps réel d’énormes volumes de données pour mieux appréhender les comportements de leurs clients et prospects.

Autre facteur : le succès du streaming vidéo (et bientôt, du jeu vidéo en streaming) avec les plateformes de VOD. Autre phénomène majeur : le succès de l’OTT (« Over The Top »). L’OTT permet de transporter des flux vidéo, audio ou des données sur Internet sans l’intervention nécessaire d’un opérateur.

Ondes acoustiques et lumineuses

Avant, il y avait celui qui avait les tuyaux (typiquement les opérateurs) et ceux qui avaient le contenu (en ayant décroché une exclusivité). C’est le business model de Canal+ (avec ses matchs de foots, la F1…) qui passait par différents « tuyaux » (câble, satellite…).

Ce business model a vécu. Maintenant, un opérateur peut lui-même commercialiser une exclusivité, par exemple la diffusion d’un championnat de foot. Un autre peut décrocher la diffusion sur internet d’un concert ou d’un tournoi de eSport…

Afin de répondre à cette forte croissance, des recherches sont menées depuis des années pour trouver une solution ultra rapide. Dans cette course à la vitesse, les systèmes de communication optique ont depuis longtemps la cote.

Elles permettent une transmission de données très rapide en envoyant des impulsions de lumière à travers une fibre optique au lieu d’utiliser un courant électrique pour transférer des informations.

C’est cette piste qui a été étudiée et améliorée (publication dans Nature Communications le 11 février) par une équipe de recherche de l’université de Leeds et de l’université de Nottingham. Leur principe est original : il combine la puissance des ondes acoustiques et lumineuses. Pour schématiser, des ondes acoustiques font vibrer les puits quantiques à l’intérieur du laser à cascade quantique.

En s’appuyant sur des lasers Térahertz (ondes électromagnétiques dont la fréquence s’étend entre 0,1 et 10 THz) à cascade quantique, le débit atteindrait 100 gigabits par seconde, soit environ mille fois plus vite qu’un câble Ethernet de qualité.

Courtes distances

Ces types de lasers n’ont cessé, ces dernières années, de voir leurs performances s’améliorer grâce à une meilleure maîtrise des procédés de fabrication des semi-conducteurs à l’échelle nanométrique. Mais, ils présentent néanmoins un point faible : ils ne fonctionnent qu’à des températures cryogéniques…

D’où l’idée d’exploiter d’autres types de laser. L’année dernière, des ingénieurs de l’université de Bochum se sont appuyés sur les changements de polarisation de la lumière. Ces spin lasers transmettent au moins cinq fois plus de données que les meilleurs systèmes conventionnels et ne consomment qu’une fraction de l’énergie.

Publiée en avril 2019 dans la revue Nature, leur étude avait démontré que cette technologie fonctionnait potentiellement à température ambiante et ne nécessitait aucun champ magnétique externe.

Les Français aussi s’intéressent aux lasers. « En gagnant en puissance, nous sommes parvenus à envoyer des données, certes à un débit inférieur aux 100 gigabits par seconde, mais sur un kilomètre au lieu de quelques dizaines de mètres en laboratoire. Tout porte à croire que la transmission sans fil de données à très haut débit sur une longue distance est pour bientôt », avance Guillaume Ducournau, de l’Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie.