Co je reverzibilní výpočetní technika?
Protože hustoty a spínací rychlosti našich výpočetních zařízení exponenciálně rostou, musí množství energie rozptýlené těmito zařízeními zůstat na určité úrovni, jinak je vyžadováno ekonomicky nepraktické chladicí zařízení. Konvenční počítače provádějí termodynamicky nevratné logické operace, to znamená, že není možné extrapolovat předchozí stavy strojů pouze na základě informací z budoucích stavů. Informace ve formě bitů jsou vymazány. Toto smazání bitů představuje entropii, která souvisí s rozptylem tepla.
Protože při návrhu integrovaných obvodů využíváme stále pokročilejší techniky, rozptyl energie na logickou operaci neustále klesá. Avšak vývoj kolem roku 2015 dosáhne základní bariéry - bariéry kT, která představuje množství energie vypočtené vynásobením teploty výpočetního prostředí (obecně pokojové teploty nebo ~ 300 Kelvinů) Boltzmannovou konstantou. Jediným způsobem, jak proniknout touto bariérou, je buď snížit teplotu našich počítačů, nebo vyvinout termodynamicky reverzibilní počítače, které negenerují entropii, a proto nerozptylují téměř tolik tepla jako běžné nevratné počítače.
Vytváření reverzibilních počítačů je výrazně přitažlivější možností než chlazení, protože snížení výpočetního prostředí na nejnižší dosažitelnou teplotu (~ 0 Kelvinů) snižuje rozptyl energie na jednotku objemu pouze o dva řády, zatímco budování reverzibilních počítačů umožňuje rozptylování energie svévolně sníženo.
Budováním počítačů, které provádějí reverzibilní logické operace, lze dosáhnout libovolně nízké úrovně odvodu tepla. Nevýhodou je, že reverzibilní architektury mohou být docela komplikované. Jakmile se rok 2015 přiblíží a výpočetní průmysl se začne blížit bariéře kT, je pravděpodobné, že kompilátory budou navrženy tak, aby maximalizovaly počet termodynamicky reverzibilních operací v rámci konvenčních výpočetních architektur. Když začneme uvažovat o počítačích konstruovaných z velmi malých a rychlých logických bran, jako v nanopočítačích, reverzibilita se stává nezbytnou vlastností pro udržení rozptylu energie na přijatelné úrovni.
Výzkum v oblasti reverzibilních výpočetních systémů je dnes průkopníkem MIT, jehož projekt kyvadla byl vytvořen speciálně pro vymezení plně reverzibilní výpočetní architektury. Vzhledem k tomu, že maximální dosažitelná účinnost počítače je nutně tvořena reverzibilními architekturami, je tato oblast výzkumu nezbytná, pokud se výkon a hospodárnost našich počítačů bude nadále zvyšovat.