Des chercheurs ont créé une technique de super-résolution pour des simulations cosmologiques grâce à des réseaux neuronaux. Elle réduit considérablement le temps de calcul nécessaire et permet de simuler de grands volumes de l’Univers en haute résolution sur une simple carte graphique.

Pour découvrir les secrets de l'UniversUnivers, comme la matière noire ou l'énergie noireénergie noire, les chercheurs travaillent à partir de simulations cosmologiques. Le problème est que les méthodes actuelles les obligent à choisir entre une simulation en haute résolution d'un petit volume de l'espace, ou calculer une grande zone de l'Univers avec une résolution beaucoup plus basse.

Dans un article publié dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, des chercheurs de l'université Carnegie-Mellon, aux États-Unis, décrivent comment ils ont découvert une technique pour accélérer les simulations grâce à l'intelligence artificielle. Ils ont eu recours à des réseaux neuronaux antagonistesantagonistes génératifs (GAN) pour mettre au point une forme de super-résolution, semblable à l'upscaling utilisée sur les téléviseurs pour améliorer la qualité d'une vidéo basse définition. Un des réseaux part d'une simulation basse résolution et doit inventer ses propres techniques pour multiplier la résolution par 512. Le second réseau devine si elle a été créée en utilisant une nouvelle technique ou la méthode classique. La boucle continue jusqu'à ce que les deux soient impossibles à distinguer.

La simulation basse résolution, à gauche, est utilisée pour créer la version super-résolution à droite, et comparée à une méthode classique au centre. © Y. Li et <em>al., Proceedings of the National Academy of Sciences</em> 2021
La simulation basse résolution, à gauche, est utilisée pour créer la version super-résolution à droite, et comparée à une méthode classique au centre. © Y. Li et al., Proceedings of the National Academy of Sciences 2021

De plusieurs mois sur un superordinateur à quelques heures sur une carte graphique

Cette nouvelle technique réduit considérablement le temps de calcul nécessaire. Pour une zone de 500 millions d'années lumièrelumière, une simulation avec 134 millions de particules nécessite seulement 36 minutes, contre 560 heures avec une technique classique. Multipliez par mille, soit 134 milliards de particules, et il faudra compter 16 heures avec une carte graphique, contre plusieurs mois sur un supercalculateur avec les méthodes actuelles.

Voir aussi

Le cerveau humain ressemble étrangement à l'Univers

Les chercheurs utilisent ce genre de simulations pour tester des hypothèses, puis utilisent un télescopetélescope pour vérifier si les résultats sont conformes à la réalité. Cette avancée permettra de les rendre beaucoup plus accessibles. Toutefois, cette méthode présente des limites, car elle ne prend pas en compte les effets de la formation des étoilesétoiles, des supernovassupernovas ou les trous noirstrous noirs. Les chercheurs comptent inclure ces phénomènes dans de prochaines versions.