Les technologies du futur

L'ordinateur du futur (VII)

Une chose ne changera probablement pas dans le marché concurrentiel de l'informatique domestique de demain ou d'après-demain : comme aujourd'hui ou il y a 20 ans, le marché regorgera toujours de marques et de modèles à notre plus grande satisfaction. Les constructeurs exploiteront tous les créneaux commerciaux laissés à la concurrence et toutes les technologies d'avant-garde.

Loi de Moore oblige et avec elle la réduction du prix des composants, l'industrie s'oriente vers des systèmes multimédia toujours plus compacts combinant toutes les moyens de communications et tous les supports. L'actualité nous annonce tous les jours un nouveau prototype d'ordinateur multimédia à haute définition, à écran souple, tactile ou à commande vocale, mural ou transformé en table de travail. Ce n'est donc même plus du futur même si leur commercialisation n'est pas prévue avant quelques années. Mais d'ici là, les GSM "iclones" et autres PDA (Personnal Digital Assistant) supportent déjà quelques unes de leurs fonctions.

Si certains lecteurs aujourd'hui pensionnés considèrent qu'il sont nés juste au bon moment pour assister à cet essor extraordinaire de la technologie tout azimut - ils sont passés de la visite des voisins au tourisme spatial et de la plume au commandes mentales en moins d'un siècle ! -, les plus jeunes penseront également qu'ils sont nés juste au bon moment pour tirer profit de tout le potentiel de puissance de la technologie de l'information. 

Il y a au moins cinq tendances technologiques qui vont marquer l'avenir du secteur informatique : 

- le TabletPC

- le Web 3.0

- le Surface computer

- l'ordinateur optique

- l'ordinateur quantique.

Le TabletPC

La première tendance est le TabletPC inventé en 2002, cet écran tactile de format A4 qui cache en réalité un ordinateur portable sans clavier destiné en premier lieu aux activités mobiles professionnelles (commerciaux, policiers, contrôleurs, cartographes, etc). 

Equipé d'une connexion Wi-Fi ou WiMAX, il permet de travailler hors de chez soi ou du bureau dans un environnement bureautique voire multimédia grâce à une interface tactile à stylet héritée du PDA et accessoirement d'un clavier et d'une souris.

Le TabletPC va probablement remplacer à terme les PC portables traditionnels du fait de son faible encombrement (environ 30x22x3 cm pour 1.5 kg). Il n'offre toutefois pas nécessairement la même ergonomie qu'un PC portable (clavier, souris, écran inclinable, extensions, etc) mais ces options ne sont pas toujours indispensables.

Le Web 3.0

La deuxième tendance est la technologie Web 3.0 ou "Web sémantique" qui s'est développée depuis 2006 et qui vise à transformer Internet en une gigantesque base de données dont le contenu sera accessible via des outils différents des navigateurs actuels et dotés d'intelligence artificielle.

Un exemple de technologie Web 3.0 est la possibilité d'utiliser un langage naturel pour interroger Internet, ce qui permet aux moteurs de recherches de répondre à des questions du genre "Quel Président français est mort de maladie ?"

Avec le Web 3.0, le moteur de recherche permet de classer toutes les pages et toutes les phrases afin de trouver par déduction cognitive le résultat qu'attend l'utilisateur. Les algorithmes cognitifs sont capables de déterminer que François Mitterrand par exemple était un Président français et que le cancer de l'adénome de la prostate est une maladie.

Le Web 3.0 concerne tous les médias, y compris les images et les vidéos. Ainsi, avec Flickr, vous pouvez trouver des images qu’une recherche classique par mot-clé ne pourrait jamais trouver.

Le Surface computer

Enfin, la troisième et dernière tendance la plus innovante est le "Surface computer" présenté le 30 mai 2007 par Microsoft. Alliant un écran tactile grand comme une table et des concepts innovants de gestion d'objets réels et virtuels, cette invention va révolutionner notre façon d'utiliser l'informatique (et pas uniquement l'ordinateur).

Non seulement le "Surface computer" est un ordinateur, mais il peut se transformer en table de travail digitale et être utilisé au bureau, à domicile ou dans la chambre des enfants. Dans un commerce de détail, il peut simplifier les commandes ou la facturation. En version murale, il peut servir de support multimédia à un conférencier, etc. Relié à Internet et à des systèmes audiovisuels, il ouvre un champ d'applications encore inexploré.

A lire : Microsoft dévoile son "Surface computer"

L'ordinateur optique

En décembre 2007, IBM annonça la mise au point d'un nouveau système permettant de transporter des données au sein d'un processeur multi-core grâce à la lumière.

Cette percée technologique est basée sur un modulateur optique - le même que celui qui est utilisé dans les réseaux optiques des entreprises de télécommunications - qui convertit les signaux électriques transmis par cables en impulsions lumineuses grâce à un guide d'onde nanophotonique en silicium qui assure un contrôle du flux de lumière arrivant dans le microprocesseur.

Les chercheurs d'IBM annoncent qu'ils sont parvenus à réduire la dimension du modulateur jusqu'à celle des microprocesseurs multi-cores.

L'exploit, publié dans le journal Optics Express, ne représente pas tout le dispositif nécessaire pour transporter de la lumière dans un processeur, IBM n'étant encore qu'au début de ce projet. Toutefois, c'est un pas important vers une production envisagée d'ici 10 ou 15 ans, selon William Green, responsable scientifique du projet chez IBM.

Les bénéfices potentiels de ce projet pour IBM sont énormes. Pour les sociétés, cela signifie qu'elles pourront utiliser des ordinateurs plus petits mais qui seront beaucoup plus puissants que les machines actuelles et dégageront beaucoup moins de chaleur.

Pour le consommateur, disposer de la puissance d'un superordinateur dans un appareil portable est très pratique pour gérer toutes les tâches routinières mais également pour prendre en charge des traitements qui sont aujourd'hui poussifs sur les systèmes actuels.

A terme, IBM envisage d'installer des centaines de milliers de coeurs de processeurs dans une seule puce de silicium ! La taille du modulateur est donc essentielle. Actuellement le dispositif est 100 à 1000 fois plus petit que le précédent modèle fabriqué en laboratoire.

Actuellement les communications entre les coeurs de processeurs, comprenant les CPU quad-core d'Intel et AMD et le Cell 9-core d'IBM, sont assurées par des bus en fils de cuivre qui transmettent des impulsions électriques. IBM espère au final remplacer ce système de cablage par un guide d'onde de silicium nanophotonique, jusqu'à sa destination. La différence est que la lumière transporte beaucoup plus de données qu'un fil de cuivre dans le même temps et les transmet 100 fois plus vite.

En terme de consommation d'énergie, IBM étude le moyen de réduire la puissance nécessaire aux modulateurs de quelques centaines de millowatts à 50 millowatts sinon davantage.

Mais le plus grand défi sera finalement de fabriquer ces processeurs de lumière. Tout le matériel actuel utilisé en informatique a évolué depuis plusieurs décennies autour du cuivre. L'introduction de la technologie optique qui a déjà commencé il y a quelques années avec l'invention du transistor optique, signifie de nouveaux équipements et une toute nouvelle chaîne de production. Une telle transformation prendra du temps et c'est peut-être le principal défi à surmonter.

L'ordinateur quantique

A plus long terme, l'ordinateur quantique constituera une véritable révolution le jour où il sera opérationnel. De quoi s'agit-il ?

Nous savons qu’un ordinateur classique traite des informations élémentaires, des bits, qui ne peuvent présenter qu’un parmi deux états ou valeurs possibles : 0 ou 1. C’est le langage binaire.

Avec 4 bits, un ordinateur classique peut traiter un état parmi 2⁴ soit 16 états différents : 0000, 0001, 0010, 0011, etc. Dans notre exemple, l’avantage de l’ordinateur quantique est de pouvoir traiter simultanément les 16 états.

On ne parle plus de bits mais de “quantum bits”, qubits en abrégé. Des ordinateurs quantiques équipés de processeurs de N qubits permettent donc de gérer 2^N informations différentes simultanément ! Ils calculent donc N fois plus vite qu’un ordinateur classique puisqu’ils sont capables d’effectuer ces calculs en parallèle ! Le nombre de qubits augmente donc de manière exponentielle la puissance du travail en parallèle.

Aujourd’hui nous sommes loin de pouvoir gérer autant d’états et les ordinateurs quantiques les plus puissants travaillent au mieux avec 7 qubits, l’équivalent d’un processeur de 7 bits mais massivement parallèle. L’avantage est évidemment un très important gain de temps. On n'image pas dépasser une puissance de 10 qubits avant une génération.

A lire : Transfert d'information entre deux qubits par câble (2007, sur le blog)

A gauche, les Drs Isaac Chuang et Costantino Yannoni du MIT manipulant des éprouvettes contenant des molécules organiques. Aussi étonnant que cela soit, elles constituent le coeur de leur ordinateur quantique qui peut se réduire à une seule molécule et ses qubits représentés par les noyaux atomiques contenus dans la molécule ! A l'arrière-plan le cylindre métallisé du système RMN constitué par un aimant à supra-conducteur plongé dans un dewar contenant de l'hélium liquide à -269°C. A droite, deux ions de baryum au repos contenant chacun un seul qubit sont maintenus séparés par un rayon laser refroidit près du zéro absolu afin d'étudier la durée du phénomène de décohérence. Documents IBM.

L'une des applications les plus prometteuses est la communication quantique. Imaginons qu’un pirate intercepte un message quantique sur une ligne puis le retransmette au destinataire. En fait rien qu’en regardant le message, il altère son contenu puisqu’il s’agit d’un système quantique en superpositions d’états. Il est donc obligé de le retransmettre comme si de rien n’était. Erreur, le piratage est déjà enregistré car l’information que le destinataire recevra contiendra un pourcentage d'erreur très supérieur à la moyenne.

Le pirate ne peut pas non plus renvoyer son propre message à la place de l’original puisque les vérifications effectuées par l'émetteur et le destinataire indiqueront que le message n'est plus identique au message original. Quoique fasse le pirate, les deux interlocuteurs sauront que leur ligne a été mise sur écoute. 

Bien sûr cette méthode ne fonctionne que si le bruit sur la ligne de transmission est négligeable. Actuellement, British Telecom teste une ligne quantique présentant 9% d’erreurs (et donc autant d'actions indiscrètes possibles) sur une distance de 10 km.

Quel est le temps d'exécution d'un ordinateur quantique ?  Pour qu’un ordinateur quantique exécute une tâche plus rapidement qu’un ordinateur classique, il faut exploiter sa puissance de calcul en parallélisme quantique. Ces algorithmes sont difficiles à élaborer et on peut les compter aujourd’hui sur les doigts d’une main, parmi lesquels l’algorithme de Shor et celui de Grover.

Si un programmeur utilise l’un de ces deux algorithmes sur un ordinateur quantique, il n’aura même pas le temps de s’asseoir pour apprécier son étonnement devant la vitesse d’exécution de son programme ! En effet, on a estimé qu’un ordinateur classique requiert 10 millions de milliards de milliards d’années pour factoriser un nombre constitué de 1000 chiffres. En appliquant l’algorithme de Shor, notre programmeur obtiendra son résultat en… 20 minutes !

Selon les estimations des Drs Gershenfield et Chuang, l'ordinateur quantique pourrait voir le jour dans moins d’une génération si les progrès à venir se maintiennent au taux actuel. 

L’ordinateur quantique nous promet de nous affranchir de la lenteur des systèmes conventionnels en nous offrant une puissance de calcul et un temps d’exécution inimaginables jusqu’à présent. Avec lui vient toute une nouvelle théorie quantique de l’information qui nous laisse encore songeur.

Dans ce contexte très original, l’ordinateur quantique devient théoriquement capable de simuler une infinité de processus physiques et il cache peut-être dans ces circuits atomiques le secret de la création de l’ordinateur doté d’intelligence artificielle.

Devant de telles avancées, on comprendra que celui qui profitera le plus de cette nouvelle informatique est encore l'enfant à naître. Il connaîtra toutes les déclinaisons de l'ordinateur multimédia : souple ou rigide, mobile ou de bureau, mural ou de table, à circuits intégrés, optique ou quantique, utilisera de la manière la plus banale les technologies sans fil à très hautes fréquences, la reconnaissance vocale, les commandes mentales, les écrans tactiles et les systèmes de projection holographiques. A terme, les passionnés partageront leur savoir avec des robots domestiques. Et ce n'est pas de la science-fiction puisque dans chacun de ces domaines des prototypes existent déjà !

Que nous réserve l'armée américaine ?

Avec un budget de plusieurs dizaines de milliards de dollars alloué chaque année au Ministère de la Défense américain (DoD), sans compter un budget équivalent accordé aux universités, il est évident que les laboratoires de recherche de l'Armée américaine (US Army, USAF ou Navy) et les contractants travaillant à son service sont aux avant-postes de la recherche appliquée et des innovations les plus spectaculaires.

Si vous alliez l'informatique à la cybernétique, la médecine aux neurosciences, à la technologie laser, au GPS, à la nanotechnologie et aux métamatériaux, essayer d'imaginer quels genres de projets le DARPA et les industries peuvent mettre au point. Cela va des robots bâtisseurs aux soldats télépathes rampants ou volants en passant par toute une série de domaines touchant la surveillance et l'identification des bâtiments ennemis et des individus (des terroristes notamment) jusqu'aux inventions domestiques les plus diverses qui peuvent en découler touchant l'automobile, l'aviation, l'électroménager, les textiles, la médecine, la photo, la radio, etc. 

En guise de conclusion