Qu'est-ce que l'informatique réversible?
Alors que les densités et les vitesses de commutation de nos appareils de calcul continuent d’augmenter de façon exponentielle, la quantité d’énergie dissipée par ces appareils doit rester à un certain niveau, sans quoi des appareils de refroidissement économiquement non pratiques seraient nécessaires. Les ordinateurs classiques effectuent des opérations logiques irréversibles sur le plan thermodynamique, c'est-à-dire qu'il n'est pas possible d'extrapoler les états antérieurs de la machine en se basant uniquement sur les informations provenant d'états futurs. Les informations, sous forme de bits, sont effacées. Cet effacement de bits représente une entropie qui est corrélée à la dissipation de chaleur.
Comme nous utilisons des techniques de plus en plus avancées pour concevoir nos circuits intégrés, la dissipation d'énergie par opération logique n'a cessé de diminuer. Mais vers 2015, le développement atteindra une barrière fondamentale - la barrière kT - qui représente une quantité d’énergie calculée en multipliant la température de l’environnement informatique (généralement la température ambiante, ou environ 300 Kelvin) par la constante de Boltzmann. Le seul moyen de pénétrer dans cette barrière consiste à abaisser la température de nos ordinateurs ou à mettre au point des ordinateurs thermodynamiquement réversibles qui ne génèrent pas d'entropie et ne dissipent donc pas autant de chaleur que les ordinateurs classiques et irréversibles.
La création d’ordinateurs réversibles est une option nettement plus intéressante que le refroidissement, car abaisser l’environnement informatique à la température la plus basse possible (~ 0 Kelvin) ne fait que réduire la dissipation d’énergie par unité de volume de deux ordres de grandeur, alors que la construction d’ordinateurs réversibles permet de réduit arbitrairement.
En construisant des ordinateurs qui effectuent des opérations logiques réversibles, il est possible d’obtenir des niveaux de dissipation de chaleur arbitrairement bas. L'inconvénient est que les architectures réversibles peuvent devenir assez compliquées. Alors que 2015 approche et que l'industrie informatique commence à approcher la barrière kT, il est probable que les compilateurs seront conçus pour maximiser le nombre d'opérations thermodynamiquement réversibles dans les architectures informatiques classiques. Lorsque nous commençons à envisager des ordinateurs construits à partir de portes logiques très petites et rapides, comme dans le cas de la nanocomputation, la réversibilité devient essentielle pour maintenir la dissipation d'énergie à des niveaux tolérables.
La recherche en informatique réversible est aujourd'hui lancée par le MIT, dont le projet Pendulum a été spécifiquement créé pour concevoir une architecture informatique entièrement réversible. Etant donné que le maximum d'efficacité informatique possible est nécessairement constitué d'architectures réversibles, ce domaine de recherche est indispensable pour que la puissance et l'économie de nos ordinateurs continuent à augmenter.