Wei Shi et Leslie Rusch

Le prix Lumière des Prix d’excellence en recherche, création et innovation de l’Université Laval souligne une contribution exceptionnelle en recherche qui a projeté un éclairage nouveau sur un sujet précis ou plus largement sur le champ d’études. Cette contribution peut être une avancée, une réalisation, une découverte ou une percée dont les retombées ont eu un impact majeur au sein de la discipline et de ses pratiques. Un prix est décerné dans chacun des grands secteurs de recherche.

Wei Shi, Leslie Rusch et l’équipe UltraLight inventent une puce photonique qui transforme l’avenir de l’IA

L’intelligence artificielle (IA) progresse à un rythme fulgurant, avec des modèles toujours plus vastes nécessitant une puissance de calcul immense. Pour entraîner les modèles, des dizaines de milliers de serveurs sont interreliés au sein de gigantesques centres de données. La lumière transporte déjà la majorité des informations entre les serveurs via des fibres optiques. Cependant, les dispositifs qui convertissent les signaux électriques en lumière – les modulateurs optiques – en sont le maillon faible. Trop volumineux, énergivores et difficiles à intégrer à l’échelle exigée par l’IA, ils en freinent le développement.

Tous deux professeurs titulaires au Département de génie électrique et génie informatique de la Faculté des sciences et de génie, Wei Shi est également titulaire de la Chaire de recherche du Canada en photonique sur silicium et lauréat 2025 du prix Innovation, et Leslie Rusch, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en systèmes de communications en appui à l’informatique en nuage. Ils ont combiné leurs expertises pour signer avec trois étudiants aux cycles supérieurs et un expert technique l’une des avancées technologiques les plus marquantes des dernières années. Ils ont créé une nouvelle puce photonique, plus rapide, plus compacte et nettement plus écoénergétique que tout ce qui existait jusqu’ici. Au sein du Centre d’optique, photonique et lasers (COPL), ils ont ainsi réalisé une percée théorique et pratique qui pourrait changer profondément la manière dont les infrastructures numériques gèrent l’information.

Au cœur de leur dispositif se trouvent des micro-résonateurs photoniques, soit de minuscules boucles gravées dans le silicium, qui ont longtemps été jugés inadaptés aux applications exigeantes. En termes simples, l’équipe a découvert comment faire circuler la lumière sur une puce avec une efficacité comparable à celle des interconnexions électroniques, tout en transportant beaucoup plus d’information et en consommant beaucoup moins d’énergie. Cela permet à la lumière de transmettre l’information non seulement plus vite, mais aussi dans plusieurs dimensions à la fois – un saut conceptuel qui multiplie la capacité d’un seul canal de communication. L’équipe a démontré qu’ils pouvaient transmettre des données complexes à des vitesses record de cette façon. En laboratoire, leur dispositif a dépassé un térabit/seconde (l’équivalent de 100 millions de livres numériques transférés en quelques minutes) tout en consommant une fraction de l’énergie des modulateurs classiques. Leur puce est près de vingt fois plus rapide que les meilleures puces comparables et plus de 1 000  fois plus petite que celles utilisées actuellement.

Cette percée permet de réduire considérablement les coûts énergétiques et ouvre la voie à des grappes d’IA plus grandes, plus rapides et plus durables. De plus, l’équipe a développé son prototype en ayant en tête son adoption par l’industrie, le rendant ainsi compatible avec les procédés de fabrication industriels actuels. 

La reconnaissance ne s’est pas fait attendre. La percée a été publiée dans Nature Photonics, classée parmi les 10 découvertes de l’année 2025 de Québec Science et retenue dans le Year in Optics 2025 du groupe Optica, qui recense les avancées les plus importantes de la planète en optique et photonique. 

« Cette réalisation scientifique représente une avancée exceptionnelle, mais elle illustre également quelque de plus large : la capacité de l’Université Laval à se positionner comme un acteur majeur, à l’échelle nationale et internationale, dans un domaine stratégique pour l’avenir », souligne le doyen de la Faculté des sciences et de génie, Stéphane Boudreau. Wei Shi, Leslie Rusch et leur équipe ne se contentent pas de repousser les limites de la photonique intégrée; ils redessinent les fondations mêmes de l’infrastructure numérique mondiale et offrent une vision résolument plus durable de l’avenir de l’intelligence artificielle. 

Les membres de l’équipe UltraLight sont : Alireza Geravand, Zibo Zheng, Farshid Shateri, Simon Levasseur, sous la direction de Wei Shi et de Leslie Rusch. 

Pour lire l’article scientifique présentant la contribution exceptionnelle

Geravand, A., Zheng, Z., Shateri, F., Levasseur, S., Rusch, L. A., Shi, W. (2025) Ultrafast coherent dynamics of microring. Nature Photonics, 19, 740-750.