Un développement révolutionnaire dans le domaine de la thermodynamique stochastique offre des perspectives prometteuses sur l'interaction entre le calcul et l'efficacité énergétique, ce qui pourrait aider à lutter contre le changement climatique. Publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, cette recherche dévoile des outils mathématiques qui explorent le fonctionnement interne des systèmes informatiques opérant loin de l'équilibre thermique.
Traditionnellement, l'équilibre thermique se produit lorsqu'il n'y a pas d'échange de chaleur entre deux systèmes. Cependant, les ordinateurs, qui consomment de l'énergie et émettent de la chaleur lors du traitement de l'information, fonctionnent dans un état très éloigné de l'équilibre. La question cruciale posée par les chercheurs est de savoir comment l'énergie nécessaire aux systèmes physiques pour effectuer des calculs est liée aux spécificités de ces calculs.
Depuis plus d'un siècle, les physiciens et les informaticiens cherchent à établir un lien entre la thermodynamique et le calcul, mais jusqu'à récemment, ils manquaient d'un cadre rigoureux pour étudier de tels systèmes. La thermodynamique stochastique a changé ce paysage, fournissant les instruments mathématiques nécessaires pour analyser quantitativement le comportement des systèmes non équilibrés à différentes échelles.
David Wolpert, professeur à l'Institut de Santa Fe, décrit ce changement comme une révolution majeure dans la physique non équilibrée. Il déclare : « Cela nous donne des outils pour explorer et quantifier tout ce qui se passe avec des systèmes, même ceux arbitrairement éloignés de l'équilibre. » Ces outils incluent des théorèmes mathématiques, des relations d'incertitude et des limites de vitesse thermodynamiques, qui peuvent aider les chercheurs à enquêter sur les connexions entre énergie, calcul et impact climatique.
Alors que les demandes énergétiques pour les calculs continuent d'augmenter, comprendre ces pertes devient impératif. Jan Korbel, chercheur postdoctoral au Complexity Science Hub de Vienne, souligne : « Chaque calcul dans chaque ordinateur nécessite de l'énergie, dont une partie est perdue sous forme de chaleur, réchauffant non seulement le système mais aussi la planète. »
Les implications de la thermodynamique stochastique vont au-delà de l'informatique. Les systèmes biologiques, tels que les cellules et les neurones, effectuent également des calculs en dehors de l'équilibre. Wolpert note que les connaissances acquises pourraient conduire à des conceptions plus écoénergétiques pour des dispositifs du monde réel, agissant comme une « colle unificatrice » qui relie divers domaines scientifiques.
« Ces considérations étaient absentes dans les travaux des physiciens du XXe siècle. Maintenant, elles nous permettent de réfléchir à la dynamique énergétique réelle de ces systèmes, » ajoute-t-il, signifiant un moment transformateur dans notre compréhension de l'énergie et du calcul.