Refroidir un ordinateur grâce à la physique quantique

La suppression des données d'un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) 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 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 arbitraire.) 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 réponse à la censure et la surveillance croissante d'Internet.)" (La signification thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes...) de l'entropie négative).

La chaleur d'un ordinateur 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 de l'information (La théorie de l'information, sans précision, est le nom usuel désignant la théorie de l'information de Shannon, qui est une théorie probabiliste permettant de quantifier le contenu moyen en information d'un...) et thermodynamique, que l'on appelle entropie (En thermodynamique, l'entropie est une fonction d'état introduite au milieu du XIXe siècle par Rudolf Clausius dans le cadre du second principe, d'après les travaux de Carnot[1]. Clausius a montré que le...). 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, selon le principe de Landauer, la suppression de données stockées sur un système possède un coût de travail inhérent et de ce fait dissipe de la chaleur. Cette théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou l’expérience,...) 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 où il peut y avoir suppression de données sans dissipation de chaleur, voire refroidissement.

Les résultats de l'étude, qui demeurent pour l'instant théoriques, permettent d'imaginer des systèmes (ordinateurs ou serveurs de données) où la suppression d'information conduirait à un refroidissement de l'environnement. 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 de l'information qui décrit la densité d'information que pourrait prendre un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de données lors d'une compression optimale. Pour la thermodynamique, l'entropie est reliée à un désordre des systèmes, par exemple l'arrangement des molécules dans un gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi indépendants (pour plus de...). L'ajout de l'entropie à un système équivaut habituellement à ajouter de l'énergie en tant que chaleur. Le travail de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) 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 électricien et mathématicien américain. Il est l'un des pères, si ce...), et qui exploite les propriétés de la mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous l'appellation générale de physique...), notamment le principe de superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin, position, quantité de mouvement...) 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 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.


sources:techno-science.net