Computació reversible

Computació reversible és un model de computació en el que el procés computacional és, fins a cert punt, reversible. En un model que usa transicions determinista d'un estat de la màquina abstracta a un atre, una condició necessària per a la reversibilidad és que el diagrama de relació des d'un estat (en provabilitats distintes a zero) als seus successors deu ser d'un a un. La computació reversible és una forma de computació no convencional.

Reversibilidad

Hi ha dos formes principals, i estretament relacionades, de reversibilidad que són de particular interés per a este propòsit: reversibilidad física i reversibilidad llògica.

Es diu que un procés és físicament reversible si no produïx un increment d'entropía, sent per tant isoentrópico. Existix un estil de disseny de circuits que presenta esta propietat, cridat llògica en recuperació de càrrega, circuit adiabàtic, o computació adiabàtica. Encara que en la pràctica cap procés físic no estàtic pot ser exactament reversible o isoentrópico, no hi ha un llímit conegut per a l'aproximació a una reversibilidad perfecta, en sistemes suficientment aïllats d'interaccions en entorns externs desconeguts, en els que les lleis físiques que descriuen l'evolució del sistema es coneixen en precisió.

Provablement la major motivació per a l'estudi de tecnologies enfocades a l'implementació d'una computació reversible és que oferixen la que es considera única forma potencial de millorar el rendiment energètic computacional més allà del llímit impost pel principi de Landauer que establix el mínim aument d'entropía possible en una operació de bit no reversible. Encara que el llímit de Landauer estava millons de voltes per baix del consum de les computadores en els anys 2000, i mils de voltes en els anys 2010, els partidaris de la computació reversible argumenten que la diferència és atribuible en gran part a efectes acumulats de l'arquitectura que magnifiquen l'impacte del llímit de Landauer en els dissenys pràctics de circuits, de manera que pot ser difícil per a la tecnologia pràctica el progrés cap a majors nivells d'eficiència energètica sense recórrer als principis de la computació reversible.

Relació en la termodinàmica

Tal com va argumentar per primera volta Rolf Landauer d'IBM, per a que un procés computacional siga físicament reversible també deu ser llògicament reversible. El principi de Landauer és l'observació rigorosament vàlida de que el borrat de n bits d'informació coneguda deu incórrer sempre en un cost de nkT ln 2 en entropía termodinàmica. Es diu que un procés computacional discret i determinista és llògicament reversible si la funció de transició que conecta els estats computacionals vells en els nous és una funció inyectiva, açò és, els estats llògics d'eixida determinen de forma única els estats llògics d'entrada de l'operació computacional.

En processos computacionals no determinista (en el sentit de que siguen provabilístics o aleatoris), la relació entre estats vells i nous no és una correspondència unívoca, i la condició per a obtindre la reversibilidad física es fa més dèbil, concretament que el tamany d'un conjunt donat de possibles estats computacionals inicials no disminuïxca, en promig, a mida que la computació progressa.