การคำนวณแบบย้อนกลับคืออะไร

ในขณะที่ความหนาแน่นและความเร็วในการสลับของอุปกรณ์การคำนวณของเรายังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องปริมาณของพลังงานที่กระจายโดยอุปกรณ์เหล่านี้จะต้องอยู่ในระดับหนึ่งมิฉะนั้นจะต้องใช้อุปกรณ์ทำความเย็นที่ใช้งานไม่ได้ในเชิงเศรษฐกิจ คอมพิวเตอร์ทั่วไปทำการดำเนินการทางตรรกะกลับไม่ได้ทางอุณหพลศาสตร์นั่นคือเป็นไปไม่ได้ที่จะคาดการณ์สถานะของเครื่องก่อนหน้านี้โดยยึดตามข้อมูลจากสถานะในอนาคตเท่านั้น ข้อมูลในรูปของบิตจะถูกลบ การลบออกเล็กน้อยนี้หมายถึงเอนโทรปีซึ่งสัมพันธ์กับการกระจายความร้อน

ในขณะที่เราใช้เทคนิคขั้นสูงมากขึ้นในการออกแบบวงจรรวมการกระจายพลังงานต่อการดำเนินการทางตรรกะจึงลดลงอย่างต่อเนื่อง แต่ประมาณปี 2558 การพัฒนาจะไปถึงสิ่งกีดขวางพื้นฐาน - สิ่งกีดขวาง kT ซึ่งหมายถึงปริมาณพลังงานที่คำนวณได้โดยการคูณอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมการคำนวณ (โดยทั่วไปคืออุณหภูมิห้องหรือประมาณ 300 เคลวิน) โดยค่าคงที่ของ Boltzmann วิธีเดียวที่จะเจาะทะลุสิ่งกีดขวางนี้ก็เพื่อลดอุณหภูมิคอมพิวเตอร์ของเราหรือเพื่อพัฒนาคอมพิวเตอร์ที่สามารถย้อนกลับทางอุณหพลศาสตร์ซึ่งไม่ได้สร้างเอนโทรปีและดังนั้นจึงไม่กระจายความร้อนเกือบเท่าคอมพิวเตอร์ธรรมดาทั่วไป

การสร้างคอมพิวเตอร์แบบพลิกกลับได้นั้นเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจมากกว่าการทำความเย็นเนื่องจากการลดสภาพแวดล้อมการคำนวณให้มีอุณหภูมิต่ำสุดที่สามารถบรรลุได้ (~ 0 เคลวิน) จะลดการกระจายพลังงานต่อหน่วยปริมาตรเพียงสองคำสั่งเท่านั้น ลดลงโดยพลการ

ด้วยการสร้างคอมพิวเตอร์ที่ดำเนินการตรรกะแบบกลับด้านได้การกระจายความร้อนในระดับต่ำโดยพลการสามารถทำได้ ข้อเสียคือสถาปัตยกรรมแบบพลิกกลับได้นั้นค่อนข้างซับซ้อน เมื่อใกล้ถึงปี 2558 และอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์เริ่มเข้าใกล้สิ่งกีดขวาง kT มันเป็นไปได้ว่าคอมไพเลอร์จะได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มจำนวนของการดำเนินการย้อนกลับทางเทอร์โมไดนามิกส์ภายในสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ทั่วไป เมื่อเราเริ่มพิจารณาคอมพิวเตอร์ที่สร้างจากประตูลอจิกที่เล็กมากและเร็วเช่นเดียวกับในนาโนคอมโพสิตการกลับตัวได้กลายเป็นคุณสมบัติที่สำคัญในการรักษาการกระจายพลังงานในระดับที่ยอมรับได้

งานวิจัยด้านการคำนวณแบบย้อนกลับวันนี้ได้รับการบุกเบิกโดย MIT ซึ่งโครงการ Pendulum ถูกสร้างขึ้นโดยเฉพาะเพื่อออกแบบสถาปัตยกรรมการคำนวณแบบย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ เนื่องจากประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดนั้นจำเป็นต้องมีสถาปัตยกรรมย้อนกลับได้ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงขาดไม่ได้หากพลังและเศรษฐกิจของคอมพิวเตอร์ของเราจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง