Un interprète lors d'une négociation n'écoute pas chaque mot individuellement : il saisit le sens de phrases entières. En microscopie électronique, le problème est similaire : il faut déterminer l'épaisseur d'un cristal et son inclinaison dans le faisceau, alors qu'on ne dispose que de la figure de diffraction, un motif de milliers de points clairs et sombres. Comparer chaque pixel de cette image à une simulation serait trop coûteux, c'est pourquoi les chercheurs ont proposé d'écouter non pas les mots isolés, mais le sens des fragments.
La méthode SBOCF découpe l'image en neuf carrés, comme on divise une page en paragraphes, et calcule pour chacun la somme des intensités. Au lieu de 24 649 pixels, il ne reste que 11 nombres : neuf sommes plus deux coefficients de correction qui capturent l'écart résiduel. Ces nombres sont modélisés par des processus gaussiens indépendants, des substituts peu coûteux à la simulation onéreuse. L'optimisation bayésienne, tel un négociateur expérimenté, choisit le prochain ensemble d'épaisseur et d'inclinaison qui promet la plus grande amélioration.
Auparavant, pour chaque nouveau matériau, il fallait soit parcourir des milliers de simulations, soit entraîner un réseau de neurones sur une grande bibliothèque. SBOCF ne nécessite pas d'ensemble d'apprentissage : il utilise uniquement la structure de la fonction objectif et un budget de 50 simulations. Sur des données expérimentales, les estimations de l'épaisseur et de l'inclinaison concordent avec celles publiées précédemment, et le temps pour choisir le point suivant est d'environ 0,2 minute par itération.
Un interprète qui sait entendre le sens de phrases entières travaille plus vite et plus précisément. De même, SBOCF, en réduisant le problème à 11 nombres, trouve les paramètres du cristal en 50 simulations et améliore la reconstruction ultérieure de la structure atomique. La méthode peut déjà être intégrée dans le flux de travail de la microscopie électronique et, à l'avenir, appliquée à la diffraction des rayons X ou à la diffusion des neutrons.
Le nombre de sorties modélisées a été réduit de 24 649 à 11, soit plus de 2000 fois, tandis que l'erreur finale a diminué jusqu'à 290 fois. Si chaque simulation prenait une heure, le balayage complet d'une grille d'un million de points prendrait 114 ans, alors que SBOCF s'en sort en 50 heures.