Des informaticiens construisent un supercollisionneur d'automates cellulaires

L'une des premières découvertes de la Le jeu de la vie était le planeur, un motif auto-entretenu qui se déplace en diagonale à travers la grille dans un automate cellulaire.

Les planeurs sont importants car ils transmettent des informations dans ce monde virtuel. Ils font aussi des choses intéressantes. Lorsque les planeurs entrent en collision, ils peuvent former des objets plus complexes tels que des canons de planeur. Lorsqu'ils heurtent d'autres objets, ils peuvent les pousser ou les tirer.

En fait, les planeurs peuvent être agencés de manière à traiter les informations comme des portes logiques. Il n'a pas fallu longtemps aux informaticiens pour montrer que de tels arrangements peuvent être rendus équivalents en termes de calcul à une machine de Turing. En d'autres termes, les planeurs peuvent calculer.

Cette idée a suscité l'intérêt de divers informaticiens au fil des ans. (Dont le moindre n'est pas Stephen Wolfram qui a minutieusement caractérisé les propriétés computationnelles de l'automate cellulaire et publié ses idées sous le titre A New Kind of Science.)

Cette façon de penser soulève une question intéressante : comment construire un ordinateur utile à partir de planeurs.

En 2002, Tommasso Tofoli de l'Université de Boston a eu une idée intéressante. Les planeurs ne sont pas les seules particules qui se déplacent dans le jeu de la vie. Il en existe de nombreux autres avec des propriétés différentes telles que la vitesse et la forme. Lorsque celles-ci entrent en collision, elles peuvent former d'autres particules qui s'écoulent dans d'autres directions.

Mais voici la chose. Chaque particule n'est rien de plus qu'une chaîne de bits. Lorsqu'une particule interagit avec une autre, les chaînes de bits peuvent finir par être modifiées pour produire d'autres chaînes de bits. L'idée de Toffoli était de comprendre que ce processus est essentiellement un calcul et que les supercollisionneurs planeurs pouvaient effectuer des calculs complexes.

Aujourd'hui, Genaro Martinez de l'Université de l'Ouest de l'Angleterre à Bristol et quelques amis annoncent avoir créé et testé un tel cyclotron de planeur.

Faire un tel appareil n'est pas tout à fait simple. Les particules d'un automate cellulaire ont tendance à se déplacer en ligne droite. L'un des défis consiste donc à trouver des moyens de diriger les faisceaux de manière à ce qu'ils entrent en collision. Martinez et ses collègues résolvent ce problème en acheminant des faisceaux au-delà d'autres structures virtuelles qui se comportent comme les aimants des accélérateurs de particules réels, poussant les particules en ligne lors de leur passage.

Et, pour mettre la cerise sur le gâteau, Martinez et co ont conçu des collisions entre des essaims de planeurs de telle manière qu'ils effectuent des calculs.

C'est impressionnant, mais pourquoi est-ce plus utile que d'autres formes de calcul ? La réponse est double. Tout d'abord, Martiniez et ses amis disent que ces super collisionneurs peuvent émuler toute une classe de collisions naturelles qui sont autrement difficiles à modéliser. Ils pensent à des choses comme les plis, les reniflards et les solitons dans les chaînes moléculaires, les phasons dans les quasi-cristaux, les plis dans les ferromagnétiques et ainsi de suite.

Ce type de calcul basé sur les collisions présente un grand avantage par rapport au calcul conventionnel car il partage déjà de nombreuses propriétés en commun avec le système qu'il émule. Cela a le potentiel de rendre la modélisation plus facile et plus précise.

La deuxième raison est qu'il pourrait bien être possible de créer des cyclotrons planeurs en utilisant certains types de chaînes polymères, qui peuvent être amenées à se comporter comme des automates cellulaires. Si cela était possible, un calcul forcerait un système physique relativement simple à simuler le comportement d'un système beaucoup plus complexe.

C'est un gros prix, s'il peut être atteint. Et c'est là que le bât blesse. Les idées prometteuses et même les prototypes de formes d'informatique non conventionnelles ne manquent pas (nous en avons déjà examiné quelques-uns de ce groupe à l'Université de l'ouest de l'Angleterre). Mais à l'exception de l'informatique quantique, les exemples d'applications vraiment utiles sont encore rares.

Martinez et ses collègues disent qu'ils travaillent à la construction de super collisionneurs à partir de chaînes polymères. Nous allons regarder pour voir comment ils s'en sortent.

Réf : arxiv.org/abs/1105.4332 : Supercollisionneurs à automates cellulaires

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