En informatique classique, les informations sont stockées en bits; en informatique quantique, les informations sont stockées en bits quantiques, ou qubits. Des expériences à l'Institut de chimie physique de l'Académie polonaise des sciences à Varsovie prouvent que la chimie est également une base appropriée pour stocker des informations. Le peu chimique, ou 'chit, ' est un arrangement simple de trois gouttelettes en contact les unes avec les autres, dans lequel se produisent des réactions oscillatoires.

Dans une mémoire électronique typique, les zéros et les uns sont enregistrés, stockées et lues par des phénomènes physiques tels que le flux d'électricité ou la modification des propriétés électriques ou magnétiques. Le Dr Konrad Gizynski et le professeur Jerzy Gorecki de l'Institut de chimie physique de l'Académie polonaise des sciences (IPC PAS) à Varsovie ont démontré une mémoire de travail basée sur des phénomènes chimiques. Un seul bit est stocké ici dans trois gouttes contiguës, entre lesquels se propagent régulièrement des fronts de réaction chimique, cycliquement, et d'une manière strictement définie.

Le fondement chimique de cette forme de mémoire est la réaction de Belousov-Zhabotinsky (BZ). Le déroulement de la réaction est oscillatoire. Lorsqu'un cycle se termine, les réactifs nécessaires au démarrage du cycle suivant sont reconstitués dans la solution. Avant que la réaction ne s'arrête, il y a généralement plusieurs dizaines à centaines d'oscillations. Ils s'accompagnent d'un changement régulier de la couleur de la solution, causée par la ferroïne, le catalyseur de la réaction. Le deuxième catalyseur utilisé par les chercheurs de Varsovie était le ruthénium. L'introduction de ruthénium rend la réaction BZ photosensible - lorsque la solution est éclairée par la lumière bleue, il cesse d'osciller. Cette caractéristique permet de contrôler le déroulement de la réaction.

"Notre idée pour le stockage chimique de l'information était simple. D'après nos expériences précédentes, nous savions que lorsque les gouttelettes de Belousov-Zhabotinsky sont en contact, les fronts chimiques peuvent se propager de goutte à goutte. Nous avons donc décidé de rechercher les plus petits systèmes de gouttelettes dans lesquels les excitations pourraient avoir lieu de plusieurs manières, au moins deux étant stables. On pourrait alors attribuer à une séquence d'excitations une valeur logique de 0, l'autre 1, et afin de basculer entre eux et forcer un changement particulier d'état de la mémoire, nous pourrions utiliser la lumière, " explique le Pr Gorecki.

Les expériences ont été réalisées dans un récipient rempli d'une fine couche de solution lipidique dans l'huile (décane). De petites quantités de solution oscillante ajoutées au système avec une pipette forment des gouttelettes. Ceux-ci étaient positionnés au-dessus des extrémités des fibres optiques amenées à la base du conteneur. Pour éviter que les gouttelettes ne glissent sur les fibres optiques, chacun était immobilisé par plusieurs tiges dépassant de la base du conteneur.

La recherche a commencé par une étude de paires de gouttelettes couplées dans lesquelles quatre types (modes) d'oscillation peuvent avoir lieu :la goutte un excite la goutte deux; la goutte deux excite la goutte un; les deux gouttelettes s'excitent simultanément; les deux s'excitent alternativement (c'est-à-dire quand on est excité, l'autre est en phase réfractaire).

"Dans les systèmes à gouttelettes appariées, le plus souvent, une goutte a excité l'autre. Malheureusement, un seul mode de ce type était toujours stable, et il nous en fallait deux, " explique le Dr Gizynski. " Les deux gouttelettes sont constituées de la même solution, mais ils n'ont jamais exactement les mêmes dimensions. Par conséquent, dans chaque goutte, les oscillations chimiques se produisent à un rythme légèrement différent. Dans ces cas, la gouttelette oscillant plus lentement commence à ajuster son rythme à son « ami » plus rapide. Même s'il était possible avec la lumière de forcer la gouttelette oscillante la plus lente à exciter la gouttelette oscillante la plus rapide, le système reviendrait au mode dans lequel la gouttelette la plus rapide stimulait la plus lente."

Dans cette situation, les chercheurs de l'IPC PAS ont examiné des triplets de gouttelettes adjacentes disposées en triangle (de sorte que chaque gouttelette touchait ses deux voisines). Les fronts chimiques peuvent se propager ici de plusieurs manières :les gouttelettes peuvent osciller simultanément en anti-phase, deux gouttelettes peuvent osciller simultanément et forcer des oscillations dans la troisième, etc. Les chercheurs se sont surtout intéressés aux modes de rotation, dans lequel les fronts chimiques sont passés de goutte à goutte dans une séquence 1-2-3 ou dans le sens inverse (3-2-1).

Une gouttelette dans laquelle se déroule la réaction de Belousov-Zhabotinsky s'excite rapidement, mais il lui faut beaucoup plus de temps pour revenir à son état initial et ce n'est qu'alors qu'il peut redevenir excité. Donc, si dans le mode 1-2-3 l'excitation devait atteindre la goutte trois trop rapidement, il ne parviendrait pas à la goutte un pour initier un nouveau cycle, parce que la gouttelette n'aurait pas assez de temps pour se « reposer ». Par conséquent, le mode rotation disparaîtrait. Les chercheurs de l'IPC PAS ne se sont intéressés qu'aux modes de rotation capables de répétitions multiples du cycle d'excitations. Ils avaient un avantage supplémentaire :les fronts chimiques circulant entre les gouttelettes ressemblent à une onde en spirale, et les vagues de ce type se caractérisent par une stabilité accrue.

Les expériences ont montré que les deux modes de rotation étudiés sont stables, et si un système entre dans l'un d'eux, il reste jusqu'à ce que la réaction Belousov-Zhabotinsky cesse. Il a également été prouvé qu'en sélectionnant correctement le temps et la durée d'éclairage des gouttelettes appropriées, le sens de rotation des excitations peut être modifié. Le système de triplet gouttelettes, avec plusieurs fronts chimiques, était ainsi capable de mémoriser en permanence l'un des deux états logiques.

"En réalité, notre trépan chimique a un potentiel légèrement supérieur à celui du trépan classique. Les modes de rotation que nous avons utilisés pour enregistrer les états zéro et un avaient les périodes d'oscillation les plus courtes de 18,7 et 19,5 secondes, respectivement. Donc, si le système oscillait plus lentement, on pourrait parler d'un troisième état logique supplémentaire, " a commenté le Dr Gizynski, et note que ce troisième état pourrait être utilisé, par exemple, pour vérifier l'exactitude de l'enregistrement.

La recherche sur la mémoire constituée de gouttelettes oscillantes était de nature fondamentale et n'a servi qu'à démontrer qu'un stockage stable d'informations à l'aide de réactions chimiques est possible. Les réactions mnésiques nouvellement formées n'étaient responsables que du stockage des informations, tandis que son enregistrement et sa lecture nécessitaient des méthodes physiques. Il faudra probablement de nombreuses années avant qu'une mémoire chimique pleinement fonctionnelle puisse être construite dans le cadre d'un futur ordinateur chimique.