Durante décadas, los físicos han luchado para comprender el costo termodinámico de manipular información, lo que ahora llamaríamos computación. ¿Cuánta energía se necesita, por ejemplo, para borrar un solo bit de una computadora? ¿Qué pasa con las operaciones más complicadas?son preguntas apremiantes y prácticas, ya que las computadoras artificiales son cerdos de energía, que reclaman aproximadamente el cuatro por ciento de la energía total consumida en los Estados Unidos.
Estas preguntas no se limitan a las máquinas digitales construidas por nosotros. El cerebro humano puede verse como una computadora, una que devora entre el 10 y el 20 por ciento de todas las calorías que consume una persona. Las células vivas también pueden servisto como computadoras, pero computadoras que "son muchos órdenes de magnitud más eficientes" que cualquier computadora portátil o teléfono inteligente que los humanos hayan construido, dice David Wolpert, del Instituto Santa Fe.
Wolpert, matemático, físico e informático, ha estado en primera línea de un rápido resurgimiento del interés en una comprensión profunda del costo de la energía de la informática. Esa investigación ahora está avanzando, gracias a los avances en el uso de algunos revolucionariosherramientas desarrolladas recientemente en física estadística, para comprender el comportamiento termodinámico de los sistemas sin equilibrio. La razón por la que estas herramientas son tan importantes es que las computadoras son decididamente sistemas sin equilibrio desenchufe su computadora portátil y espere a que alcance el equilibrio, y luego vea sitodavía funciona. Aunque Wolpert aborda principalmente estos problemas utilizando herramientas de la informática y la física, también existe un gran interés por parte de investigadores en otras áreas, incluidos aquellos que estudian reacciones químicas, biología celular y neurobiología.
Sin embargo, la investigación en física estadística sin equilibrio ocurre en gran medida en silos, dice Wolpert. En una revisión publicada hoy en el Revista de Física A , Wolpert recopila avances recientes en la comprensión de la termodinámica de la computación que se basan en la informática y la física. La revisión funciona como una especie de informe del estado de la ciencia para una floreciente investigación interdisciplinaria.
"Es básicamente una instantánea del estado actual de los campos, donde estas ideas comienzan a explotar, en todas las direcciones", dice Wolpert.
En el documento, Wolpert primero resume las ideas teóricas relevantes de la física y la informática. Luego discute lo que se sabe sobre el costo entrópico de una gama de cálculos, desde borrar un solo bit hasta ejecutar una máquina de Turing. Luego muestracómo los avances en la física estadística sin equilibrio han permitido a los investigadores investigar más formalmente esos casos, yendo mucho más allá del simple borrado de bits.
Wolpert también aborda las preguntas planteadas en esta investigación reciente que sugieren desafíos del mundo real, como cómo diseñar algoritmos con la conservación de la energía en mente. ¿Pueden los sistemas biológicos, por ejemplo, servir de inspiración para diseñar computadoras con un costo termodinámico mínimo?
"Estamos sorprendidos y asombrados de muchas maneras", dice Wolpert. Al armar la revisión y al editar un libro sobre el tema que saldrá a fines de este año, "hemos descubierto fenómenos que nadie ha analizado antes quemuy natural para nosotros, ya que buscamos esta versión moderna de la termodinámica de la computación ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Santa Fe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :