Dans un monde technologique obsédé par la course effrénée à la puissance brute, où les géants de l'industrie s'affrontent pour développer le matériel informatique de demain (qu'il soit classique ou quantique) une équipe d'ingénieurs a choisi d'emprunter un chemin de traverse. Plutôt que de s'acharner sur la miniaturisation des transistors ou la stabilisation des qubits, ils ont tourné leur regard vers le passé. Ils ont conçu un appareil insolite, basé sur un concept physique vieux d'un siècle, qui s'avère étonnamment capable de résoudre certains des défis informatiques les plus complexes de notre époque.
Ce nouveau dispositif, dont les détails ont été récemment publiés dans la prestigieuse revue Nature, est connu sous le nom de machine d'Ising. S'inspirant du modèle physique du même nom, ce processeur se distingue radicalement de nos ordinateurs actuels. Au lieu de manipuler des bits binaires, ces zéro et un qui constituent le langage universel de l'informatique classique, la machine utilise des impulsions de lumière. Son objectif n'est pas de faire tourner un système d'exploitation ou d'afficher des graphismes, mais de trouver les meilleures solutions mathématiques à des problèmes concrets et ardus, tels que le repliement des protéines pour la médecine, la cryptographie avancée ou la gestion des flux de trafic urbain. Elle est constituée de composants relativement accessibles, fonctionne à température ambiante et peut jongler avec des milliards d'opérations par seconde. Comme l'ont souligné les chercheurs, cette percée démontre qu'il est désormais possible de construire une machine pratique et évolutive capable de s'attaquer à des problèmes d'une difficulté extrême.
Sa véritable spécialité réside dans la résolution de problèmes d'optimisation. Il s'agit de défis où l'objectif est de sélectionner la meilleure option possible parmi un nombre vertigineux de solutions potentielles. L'exemple le plus parlant est celui de la logistique en trouvant l'itinéraire le plus efficace pour livrer des colis. Si le problème semble simple en apparence, la complexité mathématique explose de manière exponentielle à chaque nouvel arrêt ajouté. Bhavin J. Shastri, physicien à l'université Queen's au Canada et auteur principal de l'étude, illustre parfaitement ce vertige mathématique. Il explique qu'avec cinq arrêts, il n'y a que douze itinéraires possibles, ce qui est trivial. Avec dix arrêts, on passe à cent quatre-vingt mille options. Mais avec vingt arrêts, les possibilités grimpent à plus de soixante millions de milliards.
Lorsque l'on atteint cinquante arrêts, le nombre de solutions devient si astronomique qu'il faudrait un temps supérieur à l'âge de l'univers pour toutes les vérifier avec des méthodes classiques. C'est précisément là que le modèle d'Ising entre en jeu et change la donne. Il représente ces problèmes ardus comme une collection d'aimants en interaction, dont les spins pointent soit vers le haut, soit vers le bas. Avec le temps, cette collection d'aimants tend naturellement vers un équilibre, atteignant l'état d'énergie le plus bas possible. En termes mathématiques, cet état correspond à la solution la plus efficace au problème d'optimisation posé.
Au lieu d'utiliser de véritables aimants, le nouveau dispositif emploie des impulsions de lumière. Ces dernières circulent en boucle dans le matériel et, petit à petit, se stabilisent dans une configuration qui représente une solution optimale. C'est un processus comparable à un groupe de personnes parvenant à un consensus après de nombreux échanges rapides. Selon les chercheurs, c'est une manière élégante de transformer la lumière en un outil de résolution de problèmes.
Aspect ingénieux, la fabrication. L'équipe a construit le système en utilisant des composants que l'on trouve couramment dans les infrastructures internet commerciales, tels que des lasers standards, des câbles à fibre optique et des modulateurs. La machine résultante n'a eu besoin que de cinq composants de base pour gérer deux cent cinquante-six spins, lui permettant de traiter des milliards d'opérations par seconde. De plus, elle est restée stable pendant des heures à température ambiante, une avancée importante par rapport aux superordinateurs et aux processeurs quantiques qui nécessitent souvent des températures extrêmement froides et des matériaux spécialisés pour fonctionner.
Il est toutefois important de garder les pieds sur terre. Cette machine d'Ising ne remplacera pas les superordinateurs ni les ordinateurs quantiques dans un avenir proche. L'équipe admet volontiers que le système est hautement optimisé pour des applications très spécifiques et n'a pas vocation à devenir un appareil informatique généraliste. Néanmoins, la praticité de la mise à l'échelle et du fonctionnement de ce nouveau système recèle un potentiel immense pour les problèmes qu'il excelle à résoudre. En conséquence, les chercheurs ont annoncé que leurs prochaines étapes consisteront à développer des projets pilotes avec des partenaires industriels pour évaluer comment il pourrait concrètement optimiser notre monde réel.
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