Cette thèse approfondit par des études expérimentales et théoriques les connaissances sur la dynamique de systèmes soumis au bruit thermique, afin de pouvoir mieux les manipuler et notamment les utiliser comme porte logique à 1-bit. Ces travaux relèvent de la physique statistique hors équilibre, et de la thermodynamique stochastique appliquée à la théorie de l’information. Nous étudions ainsi l’énergie minimale qu'un opérateur doit fournir pour manipuler 1 bit d’information de manière irréversible (effacement ou écriture), ou réversible (opération non), et cherchons à optimiser le coût et la durée de ces opérations. Notre stratégie pour gagner en efficacité et en rapidité est d’utiliser comme mémoire un micro levier à faible dissipation, évoluant à des échelles de temps bien plus rapides que les systèmes modèles sur-amortis (colloïdes en solution) utilisés jusqu'ici. La conception d’une rétroaction pour créer un potentiel d'énergie virtuel dans lequel évolue le micro-oscillateur constitue une avancée expérimentale majeure, permettant de coder et manipuler le bit d’information: il s’agit de la porte logique classique la plus économe et la plus rapide démontrée à ce jour. Nous déployons par ailleurs une base théorique solide, validée par les résultats d’expériences et de simulations numériques, pour modéliser les échanges énergétiques. Ces travaux dans leur ensemble permettent de prédire théoriquement le coût de toute opération logique, et ouvrent de nombreuses perspectives d’optimisation du traitement de l’information en terme de fiabilité, rapidité et coût énergétique.
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