Qu'est-ce qu'une picoseconde?

Une picoseconde correspond à un billion de secondes. Il s'agit d'une mesure du temps qui entre en jeu avec des types de technologie tels que les lasers, les microprocesseurs et d'autres composants électroniques qui fonctionnent à des vitesses extrêmement rapides. La recherche en physique nucléaire implique également des mesures proches de la picoseconde, ainsi qu'une imagerie de médecine nucléaire associée à l'aide de la tomographie par émission de positrons (TEP).

Les ordinateurs personnels approchent progressivement de la vitesse où un seul calcul peut être effectué en une picoseconde. Un ordinateur domestique avec un microprocesseur fonctionnant à trois gigahertz fonctionne à trois milliards de cycles par seconde. Cela signifie qu’il faut en réalité environ 330 picosecondes pour effectuer une seule opération binaire.

Les superordinateurs aux États-Unis et en Chine dépassent déjà la picoseconde par vitesse d'exploitation. L'un des supercalculateurs les plus rapides des États-Unis peut effectuer 360 trillions d'opérations par seconde, ce qui est légèrement plus rapide qu'une opération par picoseconde. La Chine a révélé un super-ordinateur en 2010 capable d'exécuter 2,5 pétaflops par seconde, soit 2,5 quadrillions d'opérations par seconde, ce qui signifie que chaque picoseconde, il effectue de manière optimale 2 500 calculs.

Les lasers conçus pour fonctionner dans la plage des picosecondes émettent des impulsions lumineuses toutes les dizaines à quelques dizaines de picosecondes dans le temps. Il existe plusieurs types de conceptions laser pouvant fonctionner à ces vitesses, notamment les lasers massifs à l'état solide, les lasers à fibre à mode bloqué et les lasers à commutation Q. Chaque modèle est construit sur la diode picoseconde, qui peut être verrouillée en mode ou en commutation de gain, modifiant les fréquences d’impulsions à partir de nanosecondes, exprimées en milliardièmes de seconde, au moins dix fois plus rapidement dans les centaines de picosecondes.

Bien que ces lasers ultrarapides soient difficiles à imaginer, il existe un niveau encore plus rapide de modèles. Un laser à impulsions picosecondes est 1 000 fois plus lent qu'un laser femtoseconde. Cela rend les conceptions picoseconde moins tranchantes et considérablement plus économiques pour des utilisations telles que le micro-usinage de composants. Les deux types de lasers ont des performances similaires pour les tâches qui leur sont confiées.

Dans le domaine de la médecine nucléaire, une machine PET crée une image par interaction des rayons gamma avec des cristaux scintillants pour produire des électrons Compton à des vitesses optimales d'environ 170 picosecondes. En réalité, cela est généralement beaucoup plus lent et prend environ 1 à 2 nanosecondes de longueur par particule d'émission. La recherche PET sur le temps de vol (TOFPET) tente de réduire le temps de vol réel à moins de 300 picosecondes, en améliorant les photodétecteurs, les cristaux scintillants eux-mêmes et les composants électroniques associés. Bien que ces vitesses soient déjà incroyablement rapides, la reconstruction d'une image des régions du corps humain à partir de ces émissions est un processus lent et fastidieux qui prend souvent plusieurs jours.