Pourquoi un « bit » consommera toujours de l’énergie share
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Pourquoi un « bit » consommera toujours de l'énergie

16 mars 2012

La limite de Landauer vient d’être prouvée ! Cela ne vous dit peut-être rien, mais la très sérieuse (et complexe) revue scientifique Nature a publié le 7 mars dernier les travaux d’un groupe de scientifiques allemands et français – laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure de Lyon – sur ce sujet. Explications.

> La limite de quoi ?

Pour comprendre très schématiquement cette expérience réussie, il faut revenir sur les travaux d’un célèbre scientifique et physicien, Rolf Landauer. Il a formulé, dès 1961, que la réinitialisation d’un bit – soit le passage de ce chiffre élémentaire de 0 à 1 ou de 1 à 0 – entraînait automatiquement un certain dégagement de chaleur, indépendamment du système qui le contient. Et qui dit production de chaleur dit besoin de la dissiper pour éviter de créer une instabilité. Il faudrait alors toujours produire et consommer une quantité incompressible d’énergie pour réduire cette chaleur.

Cette affirmation démontrait alors qu’aucun système informatique ne peut être fonctionnel sans source d’énergie. Ces travaux n’étaient donc qu’une hypothèse jusqu’à ce que les scientifiques français et allemand ne la prouvent par l’expérience.

> L’expérience des chercheurs

Pour mener à bien leur démonstration, les scientifiques ont emprisonné une petite bille de silice dans un liquide à l’aide de pinces optiques dans un premier piège. Dans ce dispositif, un chemin menait vers un second piège, et nécessitait extrêmement peu d’énergie pour être parcouru. La bille incarnait alors arbitrairement l’état binaire d’un bit : 0 pour « la bille est dans le premier piège » et 1 pour « la bille est dans l’autre piège ».

Ils ont ensuite attiré à de multiples reprises la bille d’un endroit à l’autre, en affaiblissant l’efficacité de ces pièges, et ont mesuré que l’énergie dégagée, à vitesse minimale, correspondait précisément à la limite fixée par Landauer.

> Peu de conséquences aujourd’hui, mais demain…

C’est un doux euphémisme que de dire que cette limite, malgré les progrès en matière de miniaturisation, est encore loin d’être atteinte par nos systèmes informatiques : aujourd’hui, retourner l’état d’un bit utilise environ 1000 fois plus d’énergie que la limite de Landauer.

Pourtant, cette expérience concluante pourrait bien se révéler utile à l’avenir, comme le précise un communiqué du CNRS qui se félicite de cette découverte :

« Si en informatique, le résultat n’offre pas de perspectives immédiates, nos ordinateurs étant encore très loin de fonctionner à la limite de Landauer, les nanotechnologies en revanche pourraient en bénéficier dans un futur proche. L’énergie dépensée par un système nanométrique est en effet comparable à celle mesurée par les chercheurs. »

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