Refroidir un ordinateur grâce à la physique quantique

Publié par Adrien le 07/07/2011 à 12:00
Source: BE Royaume-Uni numéro 110 (30/06/2011) - Ambassade de France au Royaume-Uni / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/ ... /67153.htm
La suppression des données d'un disque dur pourrait conduire, dans des conditions bien particulières, à un refroidissement du système. Telle est la conclusion d'une étude réalisée conjointement par des physiciens de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) d'Oxford, de l'Université nationale de Singapour et de l'ETH Zürich (Institut fédéral de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de Zürich), et parue dans le journal Nature au mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) de juin 2011. L'étude a pour titre: "The thermodynamic meaning of negative entropy (Entropy (Emerging Network To Reduce Orwellian Potency Yield) est un logiciel développé comme une...)" (La signification thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur...) de l'entropie (En thermodynamique, l'entropie est une fonction d'état introduite en 1865 par Rudolf Clausius...) négative).

La chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) d'un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant...) générée par les calculs informatiques est non seulement un obstacle à la miniaturisation des circuits mais également un aspect fondamental de la relation entre théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) de l'information et thermodynamique, que l'on appelle entropie. Le travail de l'équipe de chercheurs a été de démontrer que lors de la suppression d'information, l'entropie du système, et donc sa capacité à produire de la chaleur ou à se refroidir, était conditionnée par l'information quantique qu'un observateur possède sur ce système.

Cette étude vient remettre en cause les principes de la thermodynamique classique appliqués aux ordinateurs. En physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...), selon le principe de Landauer, la suppression de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) stockées sur un système possède un coût de travail inhérent et de ce fait dissipe de la chaleur. Cette théorie suppose que l'information sur le système à effacer est classique, et ne s'étend pas aux cas où un observateur peut avoir des informations quantiques sur ledit système. L'étude parue dans Nature démontre que le principe de Landauer ne s'étend pas au domaine de la physique quantique (La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques...) où il peut y avoir suppression de données sans dissipation de chaleur, voire refroidissement.

Les résultats de l'étude, qui demeurent pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas...) théoriques, permettent d'imaginer des systèmes (ordinateurs ou serveurs de données) où la suppression d'information conduirait à un refroidissement de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...). La condition étant que l'observateur ait suffisamment d'information sur les données à effacer. En d'autres termes que la suppression d'information (bits de données) du système se fasse sans perte d'information pour l'observateur.

L'équipe s'est inspirée des idées de la théorie de l'information et de la thermodynamique. Dans la théorie de l'information, l'entropie est une mesure de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) de l'information qui décrit la densité d'information que pourrait prendre un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de données lors d'une compression optimale. Pour la thermodynamique, l'entropie est reliée à un désordre des systèmes, par exemple l'arrangement (La notion d'arrangement est utilisée en probabilités, et notamment pour les...) des molécules dans un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...). L'ajout de l'entropie à un système équivaut habituellement à ajouter de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) en tant que chaleur. Le travail de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) s'est appuyé également sur la théorie de l'information quantique, qui est un développement de la théorie de l'information de Claude Shannon (Claude Elwood Shannon (30 avril 1916 à Gaylord, Michigan - 24 février 2001) est un ingénieur...), et qui exploite les propriétés de la mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...), notamment le principe de superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut...) ou encore l'intrication.

Pour Renato Renner, un des auteurs de l'article: "l'étude a démontré que dans les deux cas, en théorie de l'information et en thermodynamique, le terme entropie décrit en fait la même chose, et ce même dans le régime de la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) quantique. Notre équipe a montré que pour les deux domaines, l'entropie est considérée comme une marque de manque de connaissances".

Le résultat de cette étude, qui lie théorie de l'information, thermodynamique et physique quantique, apporte de nouvelles connaissances théoriques pour la construction d'ordinateurs quantiques, potentiellement plus rapides et moins coûteux en énergie. Mais elle entrouvre également la voie à d'autres champs d'applications, notamment dans le domaine de la thermodynamique.
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