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Ordinateur massivement parallèle construit à partir d'une seule couche de molécules
Les puces informatiques modernes traitent les données à une vitesse époustouflante d'environ 10^13 bits par seconde. Les neurones, en comparaison, tirent à une vitesse d'environ 100 fois par seconde. Et pourtant, le cerveau surpasse les meilleurs ordinateurs dans de nombreuses tâches.
Une des raisons à cela est la façon dont les calculs ont lieu. Dans les ordinateurs, les calculs se produisent dans des pipelines stricts, un à la fois.
Dans le cerveau, cependant, de nombreux calculs ont lieu à la fois. Chaque neurone communique avec jusqu'à 1000 autres neurones à la fois. Et comme le cerveau est constitué de milliards de neurones, le potentiel de calcul parallèle est clairement énorme.
Les informaticiens sont bien conscients de cette différence et ont essayé de plusieurs manières d'imiter les capacités massivement parallèles du cerveau. Mais le succès a été difficile à obtenir.
Aujourd'hui, Anirban Bandyopadhyay de l'Institut national des sciences des matériaux de Tsukuba, au Japon, dévoile une nouvelle approche prometteuse. Au cœur de leur expérience se trouve une molécule en forme d'anneau appelée 2,3-dichloro-5,6-dicyano-p-benzoquinone, ou DDQ.
Celui-ci a une propriété inhabituelle : il peut exister dans quatre états conducteurs différents, selon l'emplacement des électrons piégés autour de l'anneau. De plus, il est possible de faire passer la molécule d'un état à un autre en la zappant avec des tensions de différentes forces à l'aide de la pointe d'un microscope à effet tunnel. Il est même possible de biaiser les états possibles qui peuvent se former en plaçant la molécule dans un champ électrique
Placez deux molécules DDQ l'une à côté de l'autre et il est possible de les connecter. En effet, une même molécule de DDQ peut se connecter avec entre 2 et 6 voisins, selon son état conducteur et le leur. Lorsqu'une molécule change d'état, le changement de configuration se répercute d'une molécule à l'autre, formant et reformant des circuits au fur et à mesure de son déplacement.
Compte tenu de tout cela, il n'est pas difficile d'imaginer comment une couche de molécules DDQ peut agir comme un automate cellulaire, avec chaque molécule comme une cellule dans l'automate. En gros, les règles de basculement des cellules d'un état à un autre sont définies par le biais sur les molécules et l'état de départ est programmé par le microscope à effet tunnel.
Et c'est exactement ce que ces gars ont fait. Ils ont déposé 300 molécules de DDQ sur un substrat d'or, les définissant comme un automate cellulaire. Plus impressionnant encore, ils ont ensuite initialisé le système pour qu'il calcule la façon dont la chaleur se diffuse dans un milieu conducteur et la façon dont le cancer se propage à travers les tissus.
Et puisque toute la couche est impliquée dans le calcul, il s'agit d'un calcul massivement parallèle utilisant une seule couche de molécules organiques.
Bandyopadhyay et co disent que la caractéristique clé de ce type de calcul est le fait qu'une molécule DDQ peut se lier à beaucoup d'autres, un peu comme les neurones du cerveau. La généralisation de ce principe ouvrirait… une nouvelle perspective d'informatique émergente utilisant un assemblage de molécules, disent-ils.
Clairement une perspective intrigante.
Réf : arxiv.org/abs/1110.5844 : Calcul massivement parallèle et couche moléculaire organique