15 février 2001

 OK AU CHAOS

 Des physiciens explorent le monde du chaos quantique à la recherche de solutions pour repousser les frontières de la vitesse informatique

Si l'industrie informatique veut maintenir la fulgurante ascension de la vitesse des ordinateurs, elle devra s'attaquer à un problème de taille. D'ici 2010, elle devra diminuer de près de moitié la taille des microprocesseurs, un défi technique pour lequel il n'existe présentement aucune solution connue, soulignent les experts. Le professeur du Département de physique,

 

 

Nouvelle forme d'art créée chez IBM lors de tentatives pour confiner un électron dans une enceinte de fer. L'oeuvre a été produite à l'aide d'un microscope électronique à effet tunnel lors d'essais visant à visualiser le chaos quantique.
Courtoisie de International Business Machines Corporation

Helmut Kröger, ne prétend pas avoir trouvé la solution au problème de plafonnement de la vitesse des ordinateurs. Il estime cependant avoir trouvé un chemin qui vaut la peine d'être exploré, si on veut éviter une collision violente avec le mur de la miniaturisation. Ce chemin, balisé d'équations cryptiques, croise des vallées d'atomes et des montagnes de particules élémentaires qui conduisent à un pays encore largement inconnu: le chaos quantique.

La loi de Moore
En 1965, Gordon Moore, qui allait devenir trois ans plus tard cofondateur de Intel, soulignait que la vitesse des ordinateurs doublait pratiquement à tous les 18 à 24 mois. Cette observation, appelée depuis la première Loi de Moore, s'est avérée étonnamment juste au cours des 35 dernières années. Lorsque Moore a énoncé sa loi, le processeur le plus complexe possédait 64 transistors; 35 ans plus tard, le Pentium III en contient 28 millions. La première conséquence de cette croissance exponentielle, bien connue de tous, est que 18 à 24 mois après son achat, un ordinateur personnel fait figure d'objet de musée devant les nouveaux modèles qui arrivent sur le marché.

Le nerf de la guerre en matière de vitesse informatique a un petit nom qui en dit long: miniaturisation. "La raison en est fort simple", explique Denis Poussart, du Département de génie électrique et de génie informatique. "Toutes autres choses étant égales, plus un circuit est petit, plus le temps requis pour transférer l'information d'un point à un autre est court et plus l'ordinateur est rapide. On approche cependant de la dimension en deçà de laquelle le flot d'électrons ne se comporte plus comme une rivière qui coule. Le nombre de charges en cause peut être aussi faible que quelques dizaines d'électrons dont le défilement est davantage probabilistique."

Le cantique des quantiques
Le chaos quantique s'intéresse justement aux phénomènes dont l'issue ne peut être prédite à l'aide de la physique conventionnelle. "Un exemple simple de chaos est une boule de billard projetée dans une enceinte ovale, explique Helmut Kröger. La boule roule, frappe les côtés, rebondit et continue sa course. Au départ, le système semble simple, mais il suffit qu'il y ait une toute petite imprécision sur la position initiale de la boule pour qu'il y ait amplification de l'erreur, au point où il devient impossible après quelque temps de prédire correctement la position de la boule. Son mouvement devient chaotique. Transposé à la physique atomique, ce système illustre le chaos quantique."

La réduction des circuits informatiques à un diamètre avoisinant celui d'un atome entraîne des phénomènes quantiques non négligeables, poursuit le physicien. Présentement, le diamètre des circuits est limité par la longueur d'onde de la lumière utilisée pour les tracer. "On peut encore décrire le mouvement des électrons dans ces circuits avec des équations de physique classique. Mais, à des dimensions plus petites, leur mouvement devient chaotique et les équations de chaos classique ne sont pas suffisantes pour décrire leur trajectoire. On ne dispose pas encore d'outils pour bien décrire leur comportement et c'est ce qu'on vise en étudiant le chaos quantique."

Dans l'édition de janvier de la revue scientifique Physical Review Letters, le chercheur et ses collègues Hamza Jirari (U. Laval), Xiang Luo (U. Zhongshan, Chine), Kevin Moriarty (U. Dalhousie) et Sergei Rubin (Institut de génie physique de Moscou) proposent une nouvelle action quantique pour analyser et comprendre des systèmes de chaos quantique. "Les méthodes mathématiques utilisées pour l'étude du chaos classique ne s'appliquent pas directement. On suggère une sorte de lien entre les deux."

De nature hautement fondamentale, ces recherches pourraient mener à des prédictions sur les limites théoriques de miniaturisation des circuits informatiques. "Elles pourraient aussi conduire à la conception d'une nouvelle architecture pour les microprocesseurs. Il faut voir, tempère Helmut Kröger. Mais, avant tout, c'est un problème intéressant du point de vue théorique.

JEAN HAMANN