Che cos'è il Reversible Computing?
Poiché la densità e la 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 necessario un apparato di raffreddamento economicamente poco pratico. I computer convenzionali eseguono operazioni logiche termodinamicamente irreversibili, cioè non è possibile estrapolare stati macchina precedenti basati esclusivamente su informazioni provenienti da stati futuri. Le informazioni, sotto forma di bit, vengono cancellate. Questa cancellazione bit rappresenta l'entropia, che è correlata alla dissipazione del calore.
Mentre impieghiamo tecniche sempre più avanzate per progettare i nostri circuiti integrati, la dissipazione di energia per operazione logica è in costante 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 temperatura ambiente o ~ 300 Kelvin) per la costante di Boltzmann. L'unico modo per superare questa barriera è abbassare 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 interessante del raffreddamento perché abbassare l'ambiente di elaborazione alla temperatura più bassa raggiungibile (~ 0 Kelvin) riduce solo la dissipazione di energia per unità di volume di due ordini di grandezza, mentre la costruzione di computer reversibili consente di dissipare l'energia ridotto arbitrariamente.
Costruendo computer che eseguono operazioni logiche reversibili, è possibile raggiungere livelli arbitrariamente bassi di dissipazione del calore. L'aspetto negativo è che le architetture reversibili possono diventare piuttosto complicate. Mentre 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 delle architetture informatiche convenzionali. Quando iniziamo a considerare i computer costruiti da porte logiche molto piccole e veloci, come nel nanocomputing, la reversibilità diventa una caratteristica essenziale per mantenere la dissipazione di energia a livelli tollerabili.
Oggi la ricerca nel campo dell'informatica reversibile è stata avviata dal MIT, il cui progetto Pendulum è stato creato appositamente per ideare un'architettura informatica completamente reversibile. Poiché le massime efficienze informatiche ottenibili sono necessariamente costituite da architetture reversibili, quest'area di ricerca è indispensabile se la potenza e l'economia dei nostri computer continueranno ad aumentare.