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Inside a fusion reactor, plasma, the superheated gas that fusion depends on, is held in place by magnetic fields, and its conditions can shift quickly. On a new superconducting chip, data from a real tokamak has just gone through at full speed: about one million samples per second, with the chip keeping up.
Au cœur d'un réacteur à fusion, le plasma, ce gaz surchauffé dont dépend la fusion, est maintenu en place par des champs magnétiques, et ses conditions peuvent changer rapidement. Sur une nouvelle puce supraconductrice, des données provenant d'un véritable tokamak viennent d'être traitées à pleine vitesse : environ un million d'échantillons par seconde, la puce suivant le rythme.
The bottleneck is computing. Real-time monitoring requires machines that can digest enormous volumes of data almost instantly, and conventional silicon-based systems struggle to do that fast enough. The chip was designed by researchers at Brookhaven National Laboratory, a US Department of Energy lab, with the Princeton Plasma Physics Laboratory, the DIII-D National Fusion Facility and Colorado company Great Sky. Its superconducting circuits are arranged to mimic the connections found in the human brain, which is why the team describes it as brain-inspired.
Le goulot d'étranglement, c'est le calcul. La surveillance en temps réel exige des machines capables d'absorber des volumes de données énormes presque instantanément, et les systèmes classiques à base de silicium peinent à aller assez vite. La puce a été conçue par des chercheurs du Laboratoire national de Brookhaven, un laboratoire du département américain de l'Énergie, avec le Laboratoire de physique des plasmas de Princeton, l'installation nationale de fusion DIII-D et la société basée dans le Colorado Great Sky. Ses circuits supraconducteurs sont disposés de manière à imiter les connexions du cerveau humain, raison pour laquelle l'équipe la qualifie d'inspirée du cerveau.
The tests were run on data from the DIII-D tokamak, a fusion research facility in California run by General Atomics. Two of them asked the chip to spot unusual plasma activity and predict disruptions. The team reports that the chip detected unusual behavior and predicted instabilities in lab tests. A third experiment used simulated data from TORAX, a tokamak core transport simulator developed by Google DeepMind's fusion team, in which the chip predicted the onset of sawtooth instabilities, rapid changes in plasma conditions. The results suggest that superconducting neural networks could eventually support real-time plasma monitoring and stabilization.
Les tests ont été menés sur des données du tokamak DIII-D, une installation de recherche sur la fusion située en Californie et exploitée par General Atomics. Deux d'entre eux ont demandé à la puce de repérer une activité inhabituelle du plasma et de prédire des disruptions. L'équipe indique que la puce a détecté des comportements inhabituels et prédit des instabilités lors des tests en laboratoire. Une troisième expérience a utilisé des données simulées issues de TORAX, un simulateur de transport du cœur des tokamaks développé par l'équipe fusion de Google DeepMind, dans lequel la puce a prédit l'apparition d'instabilités en dents de scie, c'est-à-dire des changements rapides des conditions du plasma. Les résultats laissent penser que les réseaux de neurones supraconducteurs pourraient, à terme, soutenir la surveillance et la stabilisation du plasma en temps réel.
What changes is the speed of the control loop. For operators of future fusion reactors, a faster and more reliable way to watch plasma and flag trouble before it grows would be a practical gain. The timeline: a chip with a neural network 10 times larger is planned, to be presented at Brookhaven in early 2027, then tested at DIII-D during fusion experiments later that year. The same kind of chip could, according to Great Sky, find uses in quantum computing, cybersecurity and high-speed X-ray data analysis, but no commercial date has been announced.
Ce qui change, c'est la vitesse de la boucle de contrôle. Pour les exploitants des futurs réacteurs à fusion, un moyen plus rapide et plus fiable de surveiller le plasma et de signaler les problèmes avant qu'ils ne s'aggravent représenterait un gain concret. Le calendrier : une puce dotée d'un réseau de neurones dix fois plus grand est prévue, à présenter à Brookhaven début 2027, puis à tester sur DIII-D lors d'expériences de fusion plus tard dans l'année. La même famille de puces pourrait, selon Great Sky, trouver des applications en informatique quantique, en cybersécurité et dans l'analyse à haut débit de données de rayons X, mais aucune date de commercialisation n'a été annoncée.
“This is just the beginning,” said Jeff Shainline, Great Sky's founder and CEO. For now, the chip is a laboratory prototype, and the question is whether its results hold up when the larger version meets a real reactor's experiments.
« Ce n'est que le début », a déclaré Jeff Shainline, fondateur et PDG de Great Sky. Pour l'heure, la puce reste un prototype de laboratoire, et la question est de savoir si ses résultats tiendront lorsque la version plus grande sera confrontée aux expériences d'un véritable réacteur.