Cos'è il calcolo reversibile?

Poiché le densità e le velocità di commutazione dei nostri dispositivi computazionali continuano ad aumentare in modo esponenziale, la quantità di energia dissipata da questi dispositivi deve rimanere a un certo livello, altrimenti è richiesto l'apparato di raffreddamento economicamente poco pratico.I computer convenzionali eseguono operazioni logiche termodinamicamente irreversibili, vale a dire non è possibile estrapolare gli stati della macchina precedente basati esclusivamente su informazioni da stati futuri.Le informazioni, sotto forma di bit, vengono cancellate.Questa cancellazione di bit rappresenta l'entropia, che è correlata alla dissipazione del calore.

Man mano che utilizziamo tecniche sempre più avanzate per progettare i nostri circuiti integrati, la dissipazione dell'energia per funzionamento logico è continuamente in calo.Ma intorno al 2015 lo sviluppo raggiungerà una barriera fondamentale - la barriera KT - che rappresenta una quantità di energia calcolata moltiplicando la temperatura dell'ambiente di elaborazione (generalmente a temperatura ambiente o ~ 300 Kelvin) dalla costante di Boltzmanns.L'unico modo per penetrare in questa barriera è ridurre la temperatura dei nostri computer o sviluppare computer termodinamicamente reversibili che non generano entropia e quindi non dissipano quasi tanto calore quanto i computer convenzionali e irreversibili.

La creazione di computer reversibili è un'opzione significativamente più attraente rispetto al raffreddamento perché l'abbassamento dell'ambiente di calcolo alla temperatura più bassa raggiungibile (~ 0 Kelvin) riduce solo la dissipazione dell'energia per unità di volume di due ordini di grandezza, mentre la costruzione di computer reversibili consente la dissipazione energeticaper essere ridotto arbitrariamente.

Costruendo computer che eseguono operazioni logiche reversibili, è possibile ottenere livelli arbitrariamente bassi di dissipazione del calore.L'aspetto negativo è che le architetture reversibili possono diventare piuttosto complicate.Man mano che il 2015 si avvicina e l'industria informatica inizia ad avvicinarsi alla barriera KT, è probabile che i compilatori saranno progettati per massimizzare il numero di operazioni termodinamicamente reversibili all'interno di architetture di elaborazione convenzionali.Quando iniziamo a prendere in considerazione i computer costruiti da porte logiche molto minuscole e veloci, come nel nanocomputing, la reversibilità diventa una caratteristica essenziale per mantenere la dissipazione dell'energia a livelli tollerabili.

La ricerca nel calcolo reversibile oggi è stata pioniera dal MIT, il cui progetto pendolo era specificoCreato per escogitare un'architettura informatica completamente reversibile.Poiché le efficienze informatiche massime raggiungibili sono necessariamente costituite da architetture reversibili, quest'area di ricerca è indispensabile se il potere e l'economia dei nostri computer continueranno ad aumentare.