Des chercheurs expliquent comment l'on pourrait créer un support de stockage optique, comme un CD, avec 1000 fois plus d'espace que les actuels. Ils font appel à la mécanique quantique, explications.

Avant l'arrivée et la démocratisation des clés USB et autres disques durs externes, celles et ceux qui voulaient sauvegarder des données n'avaient pas beaucoup de choix à leur disposition. Il fallait graver un CD-ROM. Une pratique tombée depuis longtemps en désuétude, à tel point que plus aucun ordinateur ou presque n'est vendu avec un lecteur/graveur CD. La “galette” n'est pas totalement morte cela dit. Elle prend juste des formes différentes, comme celle d'un cristal capable de stocker 360 To d'informations pendant des milliards d'années.

Les recherches actuelles sur les supports optiques ont sensiblement le même but : augmenter significativement leur capacité. Différentes pistes sont explorées pour cela, parmi lesquelles celle des mécanismes quantiques.

En résumant grossièrement, il s'agit de l'étude des comportements des particules à l'échelle des atomes ou plus petit. Ce n'est pas uniquement une théorie. Elle sert par exemple à créer une batterie à la durée de vie infinie. Ou, dans le cas qui nous intéresse ici, un CD stockant 1 000 fois plus de données que les autres.

Ce CD pourrait stocker énormément de données grâce à la mécanique quantique

Parlons d'abord des CD, DVD et autres Blu-ray, tous trois des supports optiques. Ils sont limités par le phénomène de diffraction de la lumière. Cela veut dire qu'une donnée stockée dessus ne peut pas être plus petite que la longueur d'onde du laser utilisé pour l'écrire et la lire.

La théorie modélisée par des chercheurs de l'Université de Chicago avance qu'un disque pourrait contenir bien plus d'informations dans la même zone en utilisant ce qu'ils appellent du “multiplexage de longueur d'onde“.

L'idée est de combiner plusieurs longueurs d'onde lumineuses légèrement différentes les unes des autres. Mais quelle forme prendrait ce “CD quantique” ? L'équipe imagine l'intégration de plusieurs cellules mémoire contenant chacune des éléments de terres rares (des métaux) dans un matériau composé de cristaux d'oxyde de magnésium (MgO).

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Ce choix est évidemment réfléchi. Le principe est que les éléments en question émettent des photons, c'est-à-dire des particules de lumières, qui vont être absorbés par les “défauts quantiques” proches. Présents dans les cristaux d'oxyde de magnésium, ces derniers contiennent des électrons non liés stimulés par l'absorption de lumière.

Ils vont alors stocker la lumière (les données) et la conserver. La durée effective du stockage n'est cependant pas encore bien définie pour le moment. L'intérêt de procéder de la sorte est que les éléments de terres rares émettent des longueurs d'onde plus petites que les lasers classiques.

La capacité du support optique étant dépendante de la taille des longueurs d'onde utilisées pour y écrire des informations, elle peut ici être augmentée. Jusqu'à 1 000 fois plus qu'aujourd'hui en moyenne.

La théorie fonctionne, mais passer à la pratique ne sera pas facile

Sur le papier, tout semble fonctionner. Cependant, les scientifiques en sont encore à la phase théorique. Ils ont modélisé le fonctionnement qu'ils envisagent et constatent que fabriquer un “CD quantique” est du domaine du possible, ce qui est bien sûr la base.

Dans les faits, il reste plusieurs obstacles à franchir avant d'un tenir un entre les mains, et pas des moindres. Par exemple, il faut savoir que la majorité des technologies quantiques fonctionnent à une température proche du zéro absolu (moins 273,15° Celsius).

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Si l'on veut produire ces CD en masse, cela devra se faire à température ambiante. Enfin, en admettant qu'on y arrive, une question importante se pose : avec quoi les lire ? Comme le résume Swarnabha Chattaraj, l'un des auteurs de l'étude, il reste encore du chemin à faire, “mais comprendre ce processus de transfert d'énergie [entre éléments rares et MgO] est un premier pas énorme“.