A medida que las densidades y velocidades de conmutación de nuestros dispositivos computacionales continúan aumentando exponencialmente, la cantidad de energía disipada por estos dispositivos debe permanecer en un cierto nivel; de lo contrario, se requieren aparatos de enfriamiento económicamente imprácticos. Las computadoras convencionales realizan operaciones lógicas termodinámicamente irreversibles, es decir, no es posible extrapolar estados anteriores de la máquina basándose únicamente en información de estados futuros. La información, en forma de bits, se borra. Este borrado 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 disminuido continuamente. Pero alrededor de 2015, el desarrollo alcanzará una barrera fundamental, la barrera kT, que representa una cantidad de energía calculada al multiplicar la temperatura del entorno informático (generalmente temperatura ambiente, o ~ 300 Kelvin) por la constante de Boltzmann. La única forma de atravesar esta barrera es bajar la temperatura de nuestras computadoras o desarrollar computadoras termodinámicamente reversibles que no generen entropía y, por lo tanto, no disipen tanto calor como las computadoras convencionales irreversibles.
La creación de computadoras reversibles es una opción significativamente más atractiva que la refrigeración porque 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 mayor. reducido arbitrariamente.
Al construir computadoras que realizan 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 2015 y la industria de la computación comienza a acercarse a la barrera kT, es probable que los compiladores se diseñen para maximizar el número de operaciones termodinámicamente reversibles dentro de las arquitecturas de computación 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 en día está siendo pionera en el MIT, cuyo Proyecto Péndulo fue creado específicamente para diseñar una arquitectura de computación completamente reversible. Dado que las eficiencias informáticas máximas alcanzables están necesariamente compuestas por arquitecturas reversibles, esta área de investigación es indispensable para que la potencia y la economía de nuestras computadoras continúen aumentando.