Libérer la puissance de calcul photonique grâce à la « vie » artificielle

7 juin 2023

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par Emily Velasco, Institut de technologie de Californie

La quête sans fin d'ordinateurs plus rapides, plus petits et capables de faire plus a conduit les fabricants à concevoir des transistors toujours plus petits, qui sont désormais intégrés dans des puces informatiques par dizaines de milliards.

Et jusqu’à présent, cette tactique a fonctionné. Les ordinateurs n’ont jamais été aussi puissants qu’aujourd’hui. Mais il y a des limites : les transistors au silicium traditionnels ne peuvent devenir que très petits en raison des difficultés de fabrication de dispositifs qui, dans certains cas, n'ont que quelques dizaines d'atomes de large. En réponse, les chercheurs ont commencé à développer des technologies informatiques, comme les ordinateurs quantiques, qui ne reposent pas sur des transistors en silicium.

Une autre voie de recherche est l’informatique photonique, qui utilise la lumière à la place de l’électricité, de la même manière que les câbles à fibres optiques ont remplacé les fils de cuivre dans les réseaux informatiques. Une nouvelle recherche menée par Alireza Marandi de Caltech, professeur adjoint de génie électrique et de physique appliquée, utilise du matériel optique pour réaliser des automates cellulaires, un type de modèle informatique constitué d'un « monde » (une zone quadrillée) contenant des « cellules » (chaque carré de la grille ) qui peuvent vivre, mourir, se reproduire et évoluer vers des créatures multicellulaires dotées de leurs propres comportements. Ces automates ont été utilisés pour effectuer des tâches informatiques et, selon Marandi, ils sont parfaitement adaptés aux technologies photoniques.

L'article décrivant le travail, intitulé « Automates cellulaires élémentaires photoniques pour la simulation de phénomènes complexes », paraît dans le numéro du 30 mai de la revue Light : Science & Applications.

"Si vous comparez une fibre optique avec un câble en cuivre, vous pouvez transférer des informations beaucoup plus rapidement avec une fibre optique", explique Marandi. "La grande question est de savoir si nous pouvons utiliser cette capacité d'information de la lumière pour l'informatique plutôt que pour la simple communication ? Pour répondre à cette question, nous sommes particulièrement intéressés par la réflexion sur des architectures matérielles informatiques non conventionnelles qui conviennent mieux à la photonique qu'à l'électronique numérique."

Pour bien comprendre le matériel conçu par le groupe de Marandi, il est important de comprendre ce que sont les automates cellulaires et comment ils fonctionnent. Techniquement parlant, ce sont des modèles informatiques, mais ce terme n’aide guère la plupart des gens à les comprendre. Il est plus utile de les considérer comme des cellules simulées qui suivent un ensemble de règles très basiques (chaque type d’automate a son propre ensemble de règles). De ces règles simples peuvent émerger des comportements incroyablement complexes. L'un des automates cellulaires les plus connus, appelé The Game of Life ou Conway's Game of Life, a été développé par le mathématicien anglais John Conway en 1970. Il ne comporte que quatre règles appliquées à une grille de « cellules » qui peuvent être vivantes. ou mort. Ces règles sont :