¿Qué es la computación reversible?
A medida que las densidades y las velocidades de conmutación de nuestros dispositivos computacionales continúan aumentando exponencialmente, la cantidad de energía disipada por estos dispositivos debe permanecer en cierto nivel, de lo contrario se requiere un aparato de enfriamiento económicamente poco práctico. Las computadoras convencionales realizan operaciones lógicas termodinámicamente irreversibles, es decir, no es posible extrapolar estados de máquina anteriores basados únicamente en información de estados futuros. La información, en forma de bits, se borra. Esta eliminación de bits representa la entropía, que se correlaciona con la disipación de calor.
A medida que empleamos técnicas cada vez más avanzadas para diseñar nuestros circuitos integrados, la disipación de energía por operación lógica ha estado disminuyendo continuamente. Pero alrededor del 2015 el desarrollo alcanzará una barrera fundamental, la barrera kT, que representa una cantidad de energía calculada multiplicando la temperatura del entorno informático (generalmente temperatura ambiente, o ~ 300 Kelvin) por la constante de Boltzmann. La única forma de penetrar esta barrera es bajar la temperatura de nuestras computadoras o desarrollar computadoras termodinámicamente reversibles que no generen entropía y, por lo tanto, no disipen casi tanto calor como las computadoras convencionales e irreversibles.
La creación de computadoras reversibles es una opción significativamente más atractiva que el enfriamiento porque al reducir el entorno informático a la temperatura más baja alcanzable (~ 0 Kelvin) solo disminuye la disipación de energía por unidad de volumen en dos órdenes de magnitud, mientras que la construcción de computadoras reversibles permite que la disipación de energía sea reducido arbitrariamente.
Al construir computadoras que realicen operaciones lógicas reversibles, se pueden lograr niveles arbitrariamente bajos de disipación de calor. La desventaja es que las arquitecturas reversibles pueden volverse bastante complicadas. A medida que se acerca el 2015 y la industria informática comienza a acercarse a la barrera kT, es probable que los compiladores estén diseñados para maximizar el número de operaciones termodinámicamente reversibles dentro de las arquitecturas informáticas convencionales. Cuando comenzamos a considerar las computadoras construidas a partir de puertas lógicas muy pequeñas y rápidas, como en la nanocomputación, la reversibilidad se convierte en una característica esencial para mantener la disipación de energía en niveles tolerables.
La investigación en computación reversible hoy está siendo iniciada por el MIT, cuyo Proyecto Pendulum fue creado específicamente para idear una arquitectura de computación totalmente reversible. Dado que las eficiencias informáticas máximas alcanzables se componen necesariamente de arquitecturas reversibles, esta área de investigación es indispensable si la potencia y la economía de nuestras computadoras continuarán aumentando.