Brevet FR2758194A1 — publié le 19980710

La présente invention concerne un ordinateur formé par l'assemblage de guides d'ondes selon une organisation tridimensionnelle. Ces guides portent à leurs intersections des corps à changement d'état permettant le traitement de données en transmettant, dirigeant, superposant et transformant des signaux. L'évolution des tecltniques de gestion et de transmission des signaux électriques binaires dans les circuits intégrés des ordinateurs, par exemple, s'est faite progressivement : en miniaturisant les composants, en réduisant leur taille, en diminuant l'épaisseur des conducteurs puis en empilant les couches des supports en silicium ou en arséniure de gallium sur lesquelles ils sont construits. Les connexions entre les couches ne peuvent s'effectuer qu'en atteignant la périphérie des plaques empilées. Ainsi un signal binaire, puur changer de couche, ne peut progresser qu'ers pdssaìlt par les bords du volurne constitué par l'empilement des strates. Son transfert depuis le plan d'une couche pour atteindre un composant déterminé et transmettre l'information à un autre composant sur une autre couche le contraint de parcourir un trajet relativerr,enc long, d'une grande durée et provoque uri échauffement important. C'est par la théorie des graphes que l'on calcule le chemin le plus court que doit parcourir uii signal ou un mobile pour relier des points dans un plan euclidierl. A ce jour la seule vérification du Minimum Spanning Tree ( MST) a été effectuée par D.-Z. DU et F.K. HWANG et publiée dans le Proc. Nat. Acad. Sci. USA, Vol 87, pp. 9464-9466, December 1990, Mathematic.s. Elle ne concerne qu'une organisation bidimensionnelle Le but de 1 inventioll est de gérer l'état et la circulation de divers types de signaux selon une organisation topologique tridimensionnelle de l'espace en réduisant à un minimum la longueur des liens qui la constituent. Les impulsions électriques n'ont qu'une vitesse de propagation de 50 à 100 mètres à la seconde dans le cerveau. Tous les signaux de toutes les longueurs d'onde restent applicables dans l'invention mais on privilégiera l'utilisation des signaux optiques monochromatiques cohérents qui se propagent à 300.000 kilomètres/seconde environ. L'invention permet d'allier les plus grandes vitesses aux plus courts trajets pour joindre des noeuds par des signaux de toutes les fréquences. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 représente en perspective un assemblage partiel de guides d'ondes d'une direction A A, d'une autre direction B B' et d'une troisième direction C C' qui se coupent. La figure 2 représente en perspective un autre type d'assemblage partiel de guides d'ondes dune direction a a', d'une autre direction b b' et d'une troisième direction c c qui se coupent. La figure 3 représente en partie les intersections des guides de la figure 1 où sont placés des corps à changement d'état illustrés schématiquement par des sphères d et des cubes e en sorte que l'on retrouve les même disposltlons alternées dans les guides de direction A A' et B B'. La figure 4 représente un ellseI le scEléll,atique des intersections de la figure 3 ainsi que la dlspositlon se-quentielle des cubes e et des sphères d aux emplacements des noeuds dans les directions AA' et BB' leur alternance dans la direction C C'. La figure 5 représente le détail d'un noeud e formé d'un cristal bi-stable qui reçoit trois signaux continus des directions A'A, BB et C'C dont les valeurs cumulées sont inférieures au seuil de changement d'état du cristal bi-stable. La figure 6 représente le détail d'un noeud e formé d'un cristal bi-stable qui reçoit trois signaux continus des directions A'A, BB et C'C dont les valeurs cumulées sont supérieures au seuil de changement d'état du cristal bi-stable. La figure 7 représente le détail d'un noeud e formé d'un cristal bi-stable qui reçoit deux signaux continus des directions A'A, BB et un troisième signal alternatif selon C'C. La figure 8 représente le détail d'un noeud e formé d'un cristal bi-stable qui reçoit deux signaux des directions A'A, BB', un troisième signal alternatif selon C'C et un quatrième signal selon CC'. La figure 9 représellte en grues plan le détail d'un noeud el formé de deux cristaux fl et f2 accolés par une face conunune formant ou contenant un miroir semi-réfléchissant qui autorise et réfléchis: le passage de différents signaux dans le plan AA' , BB'. Ce noeud est traversé par un signal séquencé selon C C. La figure 10 représente un noeud e2 formé de deux cristaux f3 et f4 accolés par une face commune formant ou contenant un miroir à deux faces réfléchissantes qui renvoie le signal provenant de B vers A et le sigiiu-l provenant de A' vers B' Ce noeud est travers par un troisième signal séquencé selon C 'Q: qui n'est pas arrêté par la tranche des faces faisant miroir. La figure 11 représente deux émetteurs de signaux laser ou autres g et h qui envoilent leurs rayons à l'intérieur des guides dans deux directions orthogonales A A et B B' et un troisième émetteur i qui envoie un signal alternatif qui se superpose aux deux premiers dans la troisième directions; C. La figure 12 représente les connexions des guides d'écriture et de lecture a une méltloire de masse j. La figure 13 représente les connexions des guides à un quartz k ou à une horloge 1. La figure 14 représente les connexions de guides à des capteurs m tels que des CCD ou des détecteurs incorporés dans le système. La figure 15 représente les schématiquement une rangée de guides à fonctionnement massivemeiit parallèle et une autre rangée de guide à fonctionnelnent sériel. Selon la figure 1 on organise des guides d'ondes comme des fibres optiques le long des arpètes d'un réseau virtuel en nid d'abeille, par exenple, selon une direction AA' . Des guides d'ondes d'un autre réseau virtuel selon une direction BB de même section que le précédant intersectent perpendiculairement les premiers sans qu'aucun des plans théoriques définis par deux guides d'ondes parallèles et successifs d'une direction du second réseau soit confondu dvec un autre plan virtuel défini par les guides d'ondes parallèles et successifs du premier réseau dans l'exemple donné. L'alignement des intersections dans une direction CC' orthogonale aux deux piefliers réseaux définit un troisième réseau virtuel de guides dont aucun des plans théorique compris entre deux guides parallèles et successifs n'est commun avec aucun plan théorique d'une autre direction. Pour les deux exemples non limitatifs représentés dans les figures 1 et 2, trois guides d'orientations différentes passent par chacune des intersections qui forment un noeud à l'origine de six vecteurs mais leur nombre et leurs orientations peuvent être différents. Selon la figure 3 on dispose à chacun des noeuds des corps à changement d'état comme des cristaux bi-stables d et e, par exemple, auxquels viennent se connecter tous les guides qui passent par ce noeud. Le nombre et les orientations de ces guides ne seront limités que par les contraintes dimensionnelles des connexions au noeud. Cette disposition est schématiquement et partiellement représentée dans la figure 4 en sorte que chaque guide de la direction AA ne porte de façon continue que des corps d ou e et que chaque guide de la direction BB' ne porte de façon continue que des corps d ou e. Chacun des guides de la direction CC' sera connecté à des corps d et e en alternance. Pour les aplications optiques, par exemple, un cristal bistable soumis, à titre indicatif, à une intensité lumineuse de 15 lumens changera d'état en devenant opaque et interdira, sous cette condition, le passage de tous les signaux. Lorsque la somme des intensités des signaux qui le traversent reste inférieure à 15 lumens, les signaux circulent librement au travers de ce corps comme dans la figure 5. Dans la figure 6 deux guides d'ondes de deux directions différentes A'A et BB qui s'intersectent pourront chacun recevoir à une de leurs extrémités uri signal laser d'une intensité de 5 lumens qui sera transmis à l'autre extrémité en passant par le noeud. En envoyant un signal de même intensité dans le guide d'ondes de la troisième direction CC qui intersecte les deux premiers, l'interlsité lumineuse .tu noeud conirnun aura une valeur de 15 lumens et provoquera le changement d'état du cristal bi-stable e en le rendant opaque. les signaux ne pourront plus transiter par ce point. On a créé une "porte" informatique. En faisant passer dans un guide d'urne des directions un signal alternatif de 5 lumens, de C vers C par exemple, le cristal e changera alternativement d'état et permettra le passage cadencé des signaux des autres directions AA et BB comme dans la figure 7. On peut encore, en utilisant un des guides CC' intersectant comme dans la figure 8, envoyer par chacune de ses extrémités C et C' des signaux alternatifs opposés, dans des séquences réglées de telle sorte que certains de ces signaux se recouvrent à la hauteur du cristal e. Dans ces conditions les signaux des guides des deux autres directions qui passent par ce noeud subiront une transformation dûe au changernent d'état du noeud traversé. En utilisant aux noeuds des corps â changement d'état progressif d et e, on peut faire varier leurs caractéristiques, par des fluorochromes spécifiques, sous l'effet des variations des intensités, des durées et des longueurs d'ondes des signaux qui les atteignent . Ces noeuds chromodynamiques peuvent inclure des faces réfléchissantes ou sernl-réfléchisant,es et peuvent alors jouer le rôle de portes, de filtres, de transformateurs ou de mélangeurs du spectre des signaux qui y transitent avec des temps de réaction de l'ordre de la picuseconde en utilisant, par exemple, de la spiro-oxazlne. Un corps à changement d'état el peut etre forme de deux demicristaux fl et f2 dont les faces communes ou séparées par un film sont semi-réfléchissantes et représentées par des hachures dans la figure 9. Dans ce cas, un signal provenant de A pourra pour partie traverser el vers A et une autre partie du signal sera réféchie de el vers B. Un signal pvrovenant de B se diriyera pour partie vers B' et une autre partie serd réfléchie à travers el vers A. Les seymellt b elA et elS seront alors composés de la superposition ou du rnéldnye des signaux provenant de A' et de B. Lorsque le noeud el est traversé par uri signal séquencé selon C'C qui sature le cristal, il fait cEIarlger d'état ce dernier en l'obscurcissant à chaque iII.pulsion et empêche les signaux de transiter. La propagation des signaux dans la direction C'C n'est pas gênée par la tranche du mlrolr. Cette alternance règle les cadences de tous les signaux de sortie depuis el. Un noeud e2 peut aussi être formé de deux demi-cristaux f3 et f4 dont les faces communes ou séparées par un film sont réfléchissantes comme représente dans la figure 10. Dans ces conditions un signal provenant de A' vers A sera réfléchi depuis e2 vers B' ; un signal provenant de B vers B' sera réfléchi depuis e2 vers A. Le signal de C vers C cadencera les deux premiers signaux d'origine Al et B respectivement dirigés vers B' et A. Un cristal représenté sous une forme cubique en figure 3 peut inclure des faces semi-réfléchissantes ou réfléchissantes selon les plans des six diagonales de toutes ses faces mais l'exemple n'est pas limitatif et les cristaux peuvent être de toute forme polyédrique qui peut être divisée par des plans qui incluent, au moins, une diagonale d'une des faces. Dans les représentations sphériques les plans semi-réfléchissant ou réfléchissant contenant un diamètre de la sphère peuvent être orientés librement pour s'intégrer cor-recten-ent dans le système. Un nombre non limité d'émetteurs tels que les laser monochromes g, h, i par exemple, peuvent être disposés sur les guides d'ondes comme dans la figure 11. On peut ajouter des mémoires de masse j sur un ou plusieurs guides d'ondes comme dans la figure 12. Pour cadencer les signaux, un ou plusieurs guides d'ondes sont raccordés à des quartz k ou des horloges 1 comme dans la figure 13. Le système peut aussi être organisé en équipant certains noeuds des intersections de capteurs, de détecteurs ou de récepteurs m tels que des CCD (Charge Coupled Device) ou des STJ (Superconducting Tunnel Jonction) par exemple représentés par des sphères de gros diamètre colonne dans la figure 14. En prenant en compte les positions de ces capteurs dans l'espace et en traitant les signaux qu'ils recoivent et qui transitent dans les guides comme expliqué précédemment, on peut utilement analyser des données optiques extérieures au travers d'un convertisseur analogique/numérique pour traiter la reconnaissance des formes tridimensionnelles et/ou de la spectrométrie en utilisant des capteurs uniquement sensibles à certains spectres des signaux. Ce convertisseur peut être partie du dispositif et fonctionner de l'analogique au numérique et vice versa. Dans le cas où on doit recevoir des signaux extérieurs la ou les sections ou les intersections des guides qui alimentent les récepteurs sont convenablement exposées. Le codage ou le cryptage et le décodage ou le décryptage de tous les types de signaux reçus ou émis avec ou sans modulation deviennent possibles en étant intégrés au dispositif. En particulier on peut transformer des signaux analogiques en signaux numériques en envoyant selon des fréquences réglées séquentiellement, des trains d'ondes successifs de directions opposées qui fermeront et ouvriront alternativement les portes précédemment décrites aux autre signaux qui transitent dans les autres guides en passant par ce noeud. En gérant convenablement plusieurs suds parcourus par des ondes, on réalise les fonctions logiques élémentaires ET, SOIT (ET NON), OU, SAUF par le calcul Dinalre. Un ou plusieurs guides qui aboutissent à des mémoires de masses magnéto-optiques ou à des support s opto-numériques fluorescents par exemple, servent à stocker puis à restituer des données à l'aide d'un laser d'écriture et de lecture permettant la gestion de l'information. D'autres guides seront connectés à un quartz k ou à une horloge 1 qui règleront le rythme des signaux. Dans l'organisation du cerveau, les neurones ne sont pas liés rigidement entre eux ; ils sont dans des relations de contiguïté et non pas de continuité. Leur réseau est très dense et il utilise des connexions flexibles. Par le procédé proposé ori collçerlse le manque de connexions flexibles sans avoir perdu de capacité corrMinatoire ni de vitesse de transmission. C'est le modèle complet d'un système informatique qui peut fontionner avec de l'intelligence artificielle. L'invention est une organisation neuro-mimétique dans laquelle les signaux qui circulent peuvent être traités massivement en parallèle et/ou, de façon partielle ou totale, séquentiellement sur une partie de leurs trajets. Un exemple indicatif simplifié du mode de fonctionnement est représente dans la figure 15. Un émetteur g envoie un signal fléché simple dans un guide d'onde qui lui est raccordé dans la direction A'A. Une partie du signal traverse le cristal el.l dans la direction A mais le cristal étant équipé d'un miroir semiréfléchissant une autre partie du signal est réfléchie selon la direction C'C pour être éventuellement utilisé dans un autre ensemble. Le signal issu de g de la direction AA atteint le cristal el.2 qui est équipé d'un miroir semi-réfléchissant d'une autre orientation que celui de el.l, le traverse pour partie vers el.3 et pour l'autre partie il est réfléchi par el.2 selon la direction CC' pour être éventuellement utilisé dans un autre ensemble. Le signal fléché issu de g traverse librement dans son guide d'onde les différents cristaux jusqu'au cristal el.3. Ce cristal est équipé d'un miroir semi-réfléchissant d'une autre orientation que celui des corps el.1 et el.2. Une partie du signal issu de l'émetteur g traversera el.3 vers A et une autre partie sera réfléchie dans la direction BB' vers eu.4. L'émetteur h connecté à el.3 émet un signal dans la direction BB qui, pour partie sera réfléchi dans la direction A se cumulant avec le signal en provenance de g, et pour une autre partie traversera el.3 venant se cumuler avec le signal en provenance de g refléchi par en.3. Nous obtenons deux signaux depuis el.3 vers A composés du signal émis par g auquel s'ajoute le signal émis par h ; mais aussi deux signaux depuis el.3 vers B composés du signal émis par g auquel s'ajoute le signal émis par h. Un troisième signal séquencé issu de l'émetteur i dans la direction C'C vient atteinre le corps e1.3 par le guide d'onde qui les relie. Ses caractéristiques saturent e1.3 et le fonc changer d'état en le rendant opaque comme dans la figure 6. Tous les passages sont interrompus. Dès l'arrêt de l'émission du signal issu de i le passage se rétablit et on cadence ainsi sous forme de bits, les doubles signaux issus de el.3 vers A et les doubles signaux issus de el.3 vers B', Il est évident que des signaux simples peuvent être acheminés selon la même méthode. On peut aussi faire intervenir sur el.4 par exemple un autre signal de direction AA provenant d'un autre ensemble dans des conditions similaires au signal de sortie d'un autre corps gl comme expliqué dans les lignes 9 à 13 et 13 à 18 de la page 9 en provoquant la superposition de trois signaux ou plus de caractéristiques différentes dans les mêmes guides. Les signaux cadencés issus de el.3 dans la direction BB' traversent les corps en.4, el.5 et el.6, d'une part dans la direction BB' et sont successivement réfléchis en parallèle selon la direction AA. Une fois déviés dans cette direction les signaux réfléchis par el.4 et el.5 pourront traverser en série tous les corps qui sont sur leurs trajets. A la sortie du signal de el.6 dans la direction BB', celui-ci rencontrera un corps e2.1 équipé dlun miroir réfléchissant qui le renverra dans la direction AA jusqu'au corps e2.2 équipé d'un autre miroir réfléchissant qui le renverra à son tour dans la direction B'B vers e3. Cet ensemble de signaux fera basculer e3 en arrêtant tout passage y compris la sortie du signal provenant de el.6 dans la direction AA'. Les combinaisons des corps a changement d'état reliés par des guides d'ondes selon une organisation tridimensionnelle, les renforcements ou les mélanges des signaux, leurs circulations et leurs combinaisons sont multipliables et extensibles dans de très larges proportions pour traiter les informations comme dans la figure 13 sans que cet exemple soit limitatif. Selon les explications qui précèdent et leurs combinaisons en appliquant des signaux de deux longueurs d'ondes différente d'intensité et de durée réglées dans deux guides distincts de deux directions qui se coupent on peut aussi transformer l'état du noeud à leur intersection en sorte que ce noeud produise une transformation du signal d'une troisième longueur d'onde, d'une autre intensité et d'une autre durée dans une autre direction. Dans un système quantique on explique par la chromodynamique que dans les états observés de baryons blancs ceux-ci sont composés d'un bleu, d'un jaune et d'un rouge. Dans la description de l'invention décrite on peut envoyer un signal monochrome rouge depuis A dont une partie est réfléchie vers B' et une autre partie se dirige vers A ; un signal monochrome jaune provenant de B traversera le cristal el vers B' et une partie sera réfléchie vers A. Les vecteurs elA et elB' seront des états de mésons résultants bleus. Ces signaux bleus (jaunes + rouges), cadencés par un autre signal provenant de Cl vers C formeront des bits quantiques ou q-bits comme dans la figure 9. On obtient ainsi un autre mode de fonctionnement quantique, en appariant certains signaux d'une longueur d'onde définie d'une direction avec des signaux d'une autre longueur d'onde d'une autre direction, le signal résultant, distinct des deux premiers, par la transformation chromodynamique au noeud d'intersection peut être acheminé dans une autre direction. Ce signal résultant formé par la superposition ou le mélange d'au moins deux signaux différents de deux directions séquencés vers une troisième direction permettra de créer et de différencier des q-bits nécessaires au fonctionnement d'un ordinateur quantique. REVENDICATIONS 1) Dispositif composé de guides d'ondes de directions différentes qui s'intersectent, caractérisée en ce que ces guides d'ondes dans lesquels transitent des signaux sont connectés entre eux par des noeuds et comportent à leurs intersections des corps qui changent totalement ou partiellement d'état au passage des signaux qui les traversent directement ou en combinaison selon des directions différentes et dans des fréquences, des intensités et des séquences variées. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que certains des corps à changements d'état incluent des plans jouant le rôle de miroirs réfléchissants ou semi-réfléchissants pour permettre aux signaux soit d'être totalement déviés soit de traverser pour partie en étant partiellement déviés. 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les corps à changements d'état réagissent sélectivement à des signaux d'intensités, de longueurs d'ondes et de durées diverses reçus isolément ou en conjonction. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les corps à changements d'état transforment les signaux reçus. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que des ondes de différentes intensités sont utilisées. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que des signaux de différentes longueurs d'ondes sont utilisés. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que des signaux de durées différentes sont utilisés. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'au moins un guide d'onde est connecté à un quartz ou à une horloge qui émet ou reçoit un signal. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'au moins un guide d'onde est connecté à une mémoire de masse. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que des capteurs, des récepteurs ou des détecteurs sont incorporés dans certains des noeuds. 11) Ordinateur ccrrprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que des signaux optiques cadencés parcourant les guides d'ondes se croisent aux intersections formées de corps à changement d'état chromodynamiques qui coupent, dirigent, modulent ou transforment les signaux qui y transitent. 12) Ordinateur à fonctionnement mixte selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les signaux qui y transitent peuvent être traités selon un mode massivement parallèle ou totalement sériel et dans toutes les configurations mixtes. 13) Ordinateur quantique comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que des signaux parcourant des guides d'ondes se conjuguent ou se superposent en un seul signal résultant issu du mélange des ondes aux intersections qui portent des corps à changement d'état chromodynamiques créant des bits quantiques (q-bits). 14) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que certains au moins des noeuds qui le constituent forment un convertisseur analogique/numérique et numérique/analogique. 15) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que certains au moins des noeuds qui la constituent forment un codeur/décodeur. 16) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que certains au moins des noeuds qui la constituent forment un moduleur/démoduleur.