Un faisceau lumineux qui traverse un morceau de verre ne fait généralement que se dévier légèrement. Mais si l'on grave à l'intérieur du verre des motifs très fins au laser, on peut faire en sorte que la lumière se décompose en faisceaux distincts, comme la lumière blanche se disperse en arc-en-ciel après la pluie. C'est exactement le défi relevé par les auteurs : ils ont créé un convertisseur de lumière miniature de la taille d'un grain de sel — à peine un tiers de millimètre de long.

À l'intérieur d'une plaque de verre, le laser a dessiné plusieurs couches de microscopiques rainures. Chaque couche agit comme un hologramme qui fait tourner l'onde lumineuse à sa manière. Lorsqu'un faisceau laser à polarisation circulaire traverse ces couches, il change progressivement de forme. À la sortie, on obtient plusieurs faisceaux distincts, chacun emportant sa part d'énergie. On a ainsi réussi à séparer 28 modes lumineux qui se chevauchent, qui sans ce dispositif ressembleraient à une seule tache floue.

Ces puces de verre ne savent pas seulement trier la lumière. Si l'on envoie à travers elles un faisceau ayant une structure particulière, on obtient en sortie le résultat d'une opération mathématique — par exemple, une multiplication de matrices. La lumière, en traversant des motifs aléatoires, effectue elle-même les calculs, sans aucune électronique. Cette approche rappelle les ordinateurs analogiques du passé, mais elle opère à la vitesse de la lumière.

La technologie réunit deux mondes : la propagation libre de la lumière et les circuits intégrés, où tout est compacté dans un volume minuscule. À l'avenir, de tels convertisseurs pourraient devenir la base de dispositifs compacts pour les communications optiques et le calcul photonique.