Première démonstration d'une intelligence photonique


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  • La prochaine fois que vous devez faire un choix, pourquoi ne pas demander à un photon de prendre la décision ?

    La prise de décision dans la théorie de la probabilité

    Imaginons que vous alliez dans un casino pour jouer à une machine à sous. Vous avez entendu que l’une des machines paie plus que d’autres. Et votre objectif est de la trouver, mais combien de ressources allez-vous dépenser pour explorer les machines avant d’exploiter l’une d’entre elles ? Ce problème est connu comme le dilemme exploration/exploitation et il se produit dans de nombreuses circonstances allant de l’exploration de pétrole jusqu’aux paris en passant par la préparation d’un plan d’affaires. Certes, la difficulté est que les machines à sous sont probabilistes et il est toujours possible de se faire avoir par une machine peu rentable, mais qui peut donner le Jackpot par hasard.

    Et il existe des algorithmes qui peuvent aider. On utilise des programmes informatiques avec différents niveaux de complexité pour simuler ce qui se passe et ces programmes utilisent ensuite la théorie de la probabilité pour calculer le prochain meilleur mouvement. Mais il y a désormais un autre moyen. Aujourd’hui, Makoto Naruse du National Institute of Information and Communications Technology à Tokyo et ses collègues pointent le fait que les lois de la mécanique quantique sont probabilistes et donc, elles fournissent un environnement naturel pour la théorie de la décision. [cite source=’arxiv’]1509.00638[/cite]

    Et cela leur a permis de construire un appareil extraordinaire pour prendre des décisions. Leur nouveau jouet est un pistolet à photon et un détecteur de photon unique qui utilise les lois de la physique pour prendre des décisions plutôt que d’utiliser des algorithmes complexes. L’appareil montre la possibilité que ce type d’intelligence photonique peut aider à prendre des décisions complexes.

    Une théorie d’une simplicité enfantine

    La théorie est simple. Une stratégie pour trouver le meilleur bandit manchot est de commencer à alimenter les machines et déterminer les montants qu’elles reversent. Et à mesure que vous apprenez, vous alimentez les machines qui paient le mieux jusqu’à ce que vous trouvez la plus rentable. La prise de décision par un seul photon le fait automatiquement. Il consiste en un pistolet à photons qui tire des photons à travers un filtre polarisé. Ce filtre peut être ajusté pour polariser verticalement ou horizontalement les photons.

    Mais quand il est à 45 degrés, chaque photon possède une chance égale d’avoir une polarisation verticale ou horizontale. De ce fait, l’appareil produit un flux de photons en vertical ou horizontal avec 50 % de chance pour chaque photon. Le fait de pivoter le filtre change la probabilité. Si on déplace le filtre vers la verticale, alors les chances d’une polarisation verticale augmentent tandis que les chances d’une polarisation horizontale baissent.

    Ensuite, Naruse et ses collègues utilisent la polarisation des photons pour choisir entre 2 machines à sous. Par exemple, un photon vertical signifie de jouer sur la première machine tandis qu’une polarisation horizontale signifie de jouer sur la seconde machine. La prise de décision vient en créant une boucle de rétroaction qui change l’orientation du filtre de polarisation après chaque jeu. Donc, si le premier bandit paie, alors le filtre bouge vers la verticale pour dire qu’on doit jouer ce bandit plus fréquemment dans le futur. Mais si c’est le photon horizontal qui déclenche un paiement, alors le filtre va baisser à l’horizontale. De cette manière, l’appareil de photons apprend la machine qui est la plus rentable.

    Aucun besoin d’un algorithme complexe

    Le plus intéressant avec cet appareil est qu’il ne nécessite pas de calcul standard, pas de simulation de système et pas de traitement lourd des probabilités. Au lieu, les lois de la physique prennent la décision avec un simple mécanisme de rétroaction. Et ce n’est pas juste un travail théorique. Naruse et ses collègues ont construit leur propre preneur de décision en utilisant un pistolet à photon conçu à partir d’un Nitrogen Vacancy dans un nanodiamant. Les photons de cet appareil déterminent la machine qu’on doit jouer avec des résultats qui sont retournés pour changer l’orientation du filtre de polarisation.

    Les résultats sont impressionnants. Le preneur de décision à photon unique a trouvé rapidement le meilleur bandit et il a même changé d’avis lorsque Naruse et ses collègues ont changé les probabilités de la machine. Ils ont déclaré qu’ils ont démontré une prise de décision précise et adaptative selon les situations. Ces travaux possèdent des implications importantes pour les machines intelligentes. La simplicité est son principal avantage, car il ne nécessite pas de puissance de calcul informatique. Le processus peut être aussi miniaturisé à l’échelle du nanomètre tout en utilisant le minimum d’énergie.

    Mais c’est l’aspect conceptuel qui constitue le plus gros impact. On a tendance à penser que les machines intelligentes doivent se baser sur un calcul électronique pour prendre des décisions. Naruse et ses collègues montrent que ce n’est pas le cas. Au lieu, un nouveau genre d’intelligence photonique utilise les lois de la physique avec un concept d’une simplicité déconcertante.

     

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