Poiché le densità e le velocità di commutazione dei nostri dispositivi di calcolo continuano ad aumentare in modo esponenziale, la quantità di energia dissipata da questi dispositivi deve rimanere ad un certo livello, altrimenti è necessario un apparato di raffreddamento economicamente poco pratico. I computer convenzionali eseguono operazioni logiche termodinamicamente irreversibili, ovvero non è possibile estrapolare stati macchina precedenti basandosi esclusivamente su informazioni provenienti da stati futuri. Le informazioni, sotto forma di bit, vengono cancellate. Questa cancellazione di bit rappresenta l’entropia, che è correlata alla dissipazione del calore.
Poiché utilizziamo tecniche sempre più avanzate per progettare i nostri circuiti integrati, la dissipazione di energia per operazione logica è in continua diminuzione. 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 informatico (generalmente temperatura ambiente, o ~300 Kelvin) per la costante di Boltzmann. L’unico modo per penetrare questa barriera è abbassare la temperatura dei nostri computer o sviluppare computer termodinamicamente reversibili che non generano entropia e quindi non dissipano 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 ridotto arbitrariamente.
Costruendo computer che eseguono operazioni logiche reversibili, è possibile ottenere livelli arbitrariamente bassi di dissipazione del calore. Lo svantaggio 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 di calcolo convenzionali. Quando cominciamo a considerare computer costruiti da porte logiche molto piccole e veloci, come nei nanocomputer, la reversibilità diventa una caratteristica essenziale per mantenere la dissipazione di energia a livelli tollerabili.
La ricerca nel campo dell’informatica reversibile oggi è stata avviata dal MIT, il cui progetto Pendulum è stato creato appositamente per ideare un’architettura di elaborazione completamente reversibile. Poiché le massime efficienze informatiche raggiungibili sono necessariamente costituite da architetture reversibili, quest’area di ricerca è indispensabile se la potenza e l’economia dei nostri computer continueranno ad aumentare.