Un système laser qui génère des particules lumineuses en rotation pourrait conduire à la puissance de calcul nécessaire pour résoudre des problèmes biologiques complexes. Le système, qui améliore les précédents, est décrit dans le journal Science et technologie quantiques .

Certains problèmes sont trop vastes et complexes pour être résolus même par les ordinateurs modernes. Le problème du voyageur de commerce en est un exemple typique. Ce problème demande :Étant donné une liste de villes et de distances entre chaque paire, quel est le trajet le plus court possible qui visite chaque ville et retourne à la ville d'origine ? Au fur et à mesure que le nombre de villes à visiter augmente, le nombre possible d'itinéraires parmi lesquels choisir devient exponentiellement plus élevé, prend de plus en plus de temps à résoudre. Un ordinateur moderne mettrait un milliard d'années à résoudre un problème de 60 villes.

Pour essayer de résoudre des problèmes complexes plus rapidement, les physiciens se tournent vers les systèmes de spin, qui sont des modèles simplifiés qui décrivent les interactions entre les particules dans un matériau. Dans le "modèle XY" d'un système de spin, les particules forment des motifs de type vortex autour de plusieurs points focaux. Imaginez plusieurs drains dans une grande baignoire, avec des flux d'eau unidirectionnels descendant chaque drain. Des problèmes complexes impliquant des données directionnelles peuvent être simulés en créant un système physique qui émule ce modèle XY.

Ce genre de système pourrait être utilisé, par exemple, pour prédire les angles entre les liaisons au sein d'une protéine, déterminer comment il est plié, pour la découverte et la synthèse de médicaments. Cela pourrait réduire considérablement le temps nécessaire pour effectuer des calculs probabilistes complexes.

Le physicien Yutaka Takeda de l'Université des sciences de Tokyo et ses collègues au Japon ont amélioré une configuration expérimentale qui émule le modèle XY. Leur conception comprend un système laser qui génère des impulsions de particules lumineuses dans une cavité de fibre optique d'un kilomètre de long. Les impulsions sont générées à l'aide d'un "réseau d'oscillateurs paramétriques optiques non dégénérés, " qui en génère finalement 5, 000 tours, c'est-à-dire des flux de particules légères descendant 5, 000 drains différents, au sein de la cavité. Il permet de longues simulations sur plusieurs minutes au sein d'un système stable. Cela améliore les oscillateurs précédents qui ne produisaient que 100 spins et des temps de simulation limités à plusieurs dizaines de millisecondes.

L'équipe a démontré que les particules lumineuses en rotation dans la cavité de la fibre optique correspondent exactement à un modèle XY.

"Nous espérons que nos travaux motiveront la recherche en calcul avec des systèmes physiques et en algorithmes qui impliquent des données continues et directionnelles, " concluent les chercheurs.