O que é computação reversível?
Como as densidades e velocidades de comutação de nossos dispositivos computacionais continuam a aumentar exponencialmente, a quantidade de energia dissipada por esses dispositivos deve permanecer em um determinado nível, caso contrário, é necessário um aparelho de refrigeração economicamente impraticável. Os computadores convencionais realizam operações lógicas termodinamicamente irreversíveis, ou seja, não é possível extrapolar estados anteriores da máquina com base apenas em informações de estados futuros. As informações, na forma de bits, são apagadas. Esse apagamento de bits representa entropia, que está correlacionada à dissipação de calor.
À medida que empregamos técnicas cada vez mais avançadas para projetar nossos circuitos integrados, a dissipação de energia por operação lógica tem caído continuamente. Mas por volta de 2015 o desenvolvimento alcançará uma barreira fundamental - a barreira kT - que representa uma quantidade de energia calculada multiplicando a temperatura do ambiente de computação (geralmente a temperatura ambiente, ou ~ 300 Kelvin) pela constante de Boltzmann. A única maneira de penetrar nessa barreira é baixar a temperatura de nossos computadores ou desenvolver computadores termodinamicamente reversíveis que não geram entropia e, portanto, não dissipam quase tanto calor quanto os computadores irreversíveis convencionais.
Criar computadores reversíveis é uma opção significativamente mais atraente do que o resfriamento, porque reduzir o ambiente de computação para a temperatura mais baixa possível (~ 0 Kelvin) diminui apenas a dissipação de energia por unidade de volume em duas ordens de grandeza, enquanto a construção de computadores reversíveis permite que a dissipação de energia seja reduzido arbitrariamente.
Ao construir computadores que executam operações lógicas reversíveis, é possível alcançar níveis arbitrariamente baixos de dissipação de calor. A desvantagem é que arquiteturas reversíveis podem se tornar bastante complicadas. À medida que 2015 se aproxima e o setor de computação começa a se aproximar da barreira kT, é provável que os compiladores sejam projetados para maximizar o número de operações termodinamicamente reversíveis nas arquiteturas de computação convencionais. Quando começamos a considerar computadores construídos a partir de portas lógicas muito pequenas e rápidas, como na nanocomputação, a reversibilidade se torna um recurso essencial para manter a dissipação de energia em níveis toleráveis.
Atualmente, a pesquisa em computação reversível está sendo pioneira no MIT, cujo Projeto Pendulum foi criado especificamente para criar uma arquitetura de computação totalmente reversível. Como as eficiências máximas atingíveis em computadores são necessariamente compostas por arquiteturas reversíveis, essa área de pesquisa é indispensável se a potência e a economia de nossos computadores continuarem a aumentar.