La computación reversible es cualquier modelo de computación donde el proceso computacional , hasta cierto punto, es reversible en el tiempo . En un modelo de computación que usa transiciones determinísticas de un estado de la máquina abstracta a otro, una condición necesaria para la reversibilidad es que la relación del mapeo de estados a sus sucesores debe ser uno a uno . La computación reversible es una forma de computación no convencional .
Debido a la unitaridad de la mecánica cuántica , los circuitos cuánticos son reversibles, siempre que no " colapsen " los estados cuánticos en los que operan.
Hay dos tipos principales de reversibilidad estrechamente relacionados que son de particular interés para este propósito: la reversibilidad física y la reversibilidad lógica . [1]
Se dice que un proceso es físicamente reversible si no aumenta la entropía física ; es isoentrópico . Hay un estilo de diseño de circuitos que exhibe idealmente esta propiedad que se conoce como lógica de recuperación de carga , circuitos adiabáticos o computación adiabática (ver Proceso adiabático ). Aunque en la práctica ningún proceso físico no estacionario puede ser exactamentefísicamente reversible o isoentrópico, no existe un límite conocido para la cercanía con la que podemos acercarnos a la reversibilidad perfecta, en sistemas que están suficientemente bien aislados de las interacciones con entornos externos desconocidos, cuando se conocen con precisión las leyes de la física que describen la evolución del sistema.
Una motivación para el estudio de tecnologías destinadas a implementar la computación reversible es que ofrecen lo que se predice como la única forma potencial de mejorar la eficiencia energética computacional de las computadoras más allá del límite fundamental de von Neumann-Landauer [2] de kT ln(2) energía disipada por operación de bit irreversible . Aunque el límite de Landauer estaba millones de veces por debajo del consumo de energía de las computadoras en la década de 2000 y miles de veces menos en la década de 2010, [3]Los defensores de la computación reversible argumentan que esto se puede atribuir en gran medida a los gastos generales arquitectónicos que magnifican efectivamente el impacto del límite de Landauer en los diseños de circuitos prácticos, por lo que puede resultar difícil para la tecnología práctica progresar mucho más allá de los niveles actuales de eficiencia energética si los principios de la computación reversible no se usan [4]
Como argumentó por primera vez Rolf Landauer mientras trabajaba en IBM , [5] para que un proceso computacional sea físicamente reversible, también debe ser lógicamente reversible . El principio de Landauer es la observación rigurosamente válida de que el borrado inconsciente de n bits de información conocida siempre debe tener un costo de nkT ln(2) en entropía termodinámica . Se dice que un proceso computacional discreto y determinista es lógicamente reversible si la función de transición que asigna los estados computacionales antiguos a los nuevos es una función uno a uno.; es decir, los estados lógicos de salida determinan únicamente los estados lógicos de entrada de la operación computacional.