Imaginez un couloir où l'écho revient avec un délai, et où cet écho se met soudain à répondre à des questions. C'est exactement ainsi que fonctionne un ordinateur réservoir : un nœud unique reçoit le signal, le retarde et le renvoie, créant dans le temps un réseau complexe de neurones virtuels. Dans ce nouveau travail, le rôle du couloir est joué par une spirale de silicium fabriquée dans une usine standard. Elle comprime 1,76 mètre de chemin optique en quelques millimètres carrés, forçant la lumière à tourner en rond et à revenir après 11,63 nanosecondes.
Auparavant, pour obtenir un tel délai, on utilisait soit des bobines de fibre optique, soit des tampons numériques. La fibre est encombrante, et le tampon numérique perd la phase de l'onde lumineuse. La spirale de silicium préserve la phase tout en tenant sur une puce. On l'a insérée dans une boucle de rétroaction : un laser éclaire à travers un modulateur, la lumière traverse la spirale, atteint un photodétecteur, et le signal électrique revient au modulateur. Un seul nœud non linéaire se déploie en 50 neurones virtuels grâce à un multiplexage temporel avec un pas de 20,48 nanosecondes.
Le plus surprenant : la phase de l'onde lumineuse est devenue un canal de codage supplémentaire. Les chercheurs ont provoqué délibérément un repliement spectral en envoyant un signal de 10 MHz avec une fréquence d'échantillonnage de seulement 976,6 kHz. La différence de phase entre la spirale et le guide d'ondes droit était de 0,232π, et ils l'ont utilisée comme ressource de calcul. Cela a permis d'atteindre une erreur de prédiction de 0,0767 et une erreur de reconnaissance nulle sans augmenter le gain.
Auparavant, on ne savait pas si l'on pouvait remplacer les bobines encombrantes et les tampons numériques par une ligne à retard intégrée compacte sans perte de capacité de calcul. Maintenant, c'est clair : une spirale de silicium passive avec des pertes de 23,2 dB et un gain de 0,0223 fonctionne parfaitement. Elle classe les signaux sans erreur, prédit le chaos avec une erreur de 0,0082 et reconnaît neuf locuteurs de voyelles japonaises avec une erreur de 0,0898. C'est deux fois mieux que l'ancien processeur à speckle, et seulement 2,5 points de pourcentage de moins qu'une ligne à retard numérique avec un gain 23 fois supérieur.
La spirale du temps sur puce nous ramène au début : un couloir qui ne se contente pas de retarder l'écho, mais le transforme en pensée. Dès aujourd'hui, on peut concevoir des accélérateurs photoniques compacts pour des tâches de séries temporelles et de reconnaissance vocale, où la petite taille et la faible consommation d'énergie sont importantes. La prochaine étape est évidente : réduire les pertes de 23,2 dB à quelques décibels, et alors les spirales de silicium deviendront le cœur de réseaux de neurones rapides et économes en énergie.
La spirale d'Archimède utilisée dans la puce porte le nom du mathématicien grec antique qui l'a décrite au IIIe siècle avant notre ère pour résoudre le problème de la trisection de l'angle. Aujourd'hui, la même géométrie comprime 1,76 mètre de chemin optique dans quelques millimètres carrés.
L'idée du calcul réservoir à retard évoque les réseaux de neurones « liquides » du roman de Greg Egan « La Cité des permutants », où des substrats de calcul utilisent des délais temporels pour traiter l'information sans éléments logiques traditionnels.