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Limite de Landauer ou la chaleur dégagée par l’écrasement d’un bit

Image 1 : Limite de Landauer ou la chaleur dégagée par l'écrasement d'un bitEric Lutz, de l’Université d’Augsbourg en Allemagne, vient de prouver que l’écrasement d’un bit générait de l’énergie, une théorie mise en avant en 1961 par le physicien Rolf Landauer qui affirmait que la procédure engendrait un dégagement de température proportionnelle à la température ambiante. Ces recherches sont fondamentales, car elles montrent que tout système informatique dispose d’un seuil thermique et électrique minimum que l’on ne pourra pas dépasser. Les travaux, publiés dans la revue Nature, ne quantifient pas néanmoins ce minimum, mais montrent seulement qu’il existe.

La limite de Laundauer prouvée

Landauer, qui a travaillé pour IBM et NASA, base son système sur le principe de Carnot plus connu sous le nom de la deuxième loi de la thermodynamique qui affirme que « toute transformation d’un système thermodynamique s’effectue avec augmentation de l’entropie globale incluant l’entropie du système et du milieu extérieur. On dit alors qu’il y a création d’entropie ». Très schématiquement, cela signifie que l’on ne peut pas passer du froid au chaud sans une force externe. On ne peut pas ordonner un système sans une source énergétique. Ainsi, l’écrasement d’un bit demande de réinitialiser son état, quel qu’il soit, ce qui engendre une augmentation de la température. Très grossièrement, l’écrasement d’un bit est une source de création d’entropie et ipso facto de création de chaleur. Il y aurait donc une limite, aujourd’hui appelée limite de Landauer, qui définie que tout système informatique est obligé de dissiper un minimum de chaleur et donc consommer un minimum d’électricité.

Future problématique de l’informatique quantique

Pour prouver ce concept, Dr. Lutz a créé un bit microscopique dans un gel de silice emprisonné et bombardé par un laser. Le gel disposait deux compartiments, le premier contenant un 1 et l’autre un 0. Pour passer de l’un à l’autre, les chercheurs ont influencé la structure du gel avec le laser. Ils ont ainsi découvert que la réinitialisation du bit dissipait de la chaleur à un niveau égal à celui prédit par Landauer.

Les scientifiques montrent aujourd’hui que nous sommes peut-être à quelques décennies de la limite de Landauer. Cela signifiera que l’on aura atteint la consommation minimum d’une puce informatique et qu’elle ne pourra pas dégager moins d’énergie. Ce n’est pas pour tout de suite, mais les scientifiques expliquent que cette limite sera surtout présente lors de la conception de puces quantiques. Selon le physicien Seth Lloyd de MIT, les systèmes informatiques quantiques y seraient proches.