Por décadas, Los físicos han luchado por comprender el costo termodinámico de manipular la información, lo que ahora llamaríamos computación. ¿Cuánta energía se necesita? por ejemplo, borrar un solo bit de una computadora? ¿Qué pasa con las operaciones más complicadas? Estos están presionando, preguntas practicas, como las computadoras artificiales son acaparadores de energía, reclamando un estimado del 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 aproximadamente del 10 al 20 por ciento de todas las calorías que consume una persona. Células vivas, también, pueden verse como computadoras, pero las computadoras que "son muchos órdenes de magnitud más eficientes" que cualquier computadora portátil o teléfono inteligente que hayan construido los humanos, dice David Wolpert del Instituto Santa Fe.

Wolpert, un matemático, físico, y científico de la computación, ha estado en la primera línea de un rápido resurgimiento del interés en una comprensión profunda del costo energético de la informática. Esa investigación ahora está avanzando a pasos agigantados, gracias a los avances en el uso de algunas herramientas revolucionarias desarrolladas recientemente en física estadística, para comprender el comportamiento termodinámico de los sistemas en desequilibrio. La razón por la que estas herramientas son tan importantes es que las computadoras son definitivamente sistemas que no están en equilibrio. (Desenchufe su computadora portátil y espere a que alcance el equilibrio, y luego ver si todavía funciona.) Aunque Wolpert aborda principalmente estos problemas utilizando herramientas de informática y física, También hay un gran interés por parte de los investigadores en otras áreas, incluidos los que estudian reacciones químicas, biología celular, y neurobiología.

Sin embargo, La investigación en física estadística de desequilibrio ocurre en gran medida en silos, dice Wolpert. En una reseña 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 ciencia de la computación 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 están comenzando a explotar, en todas direcciones, "dice Wolpert.

En el papel, Wolpert resume primero las ideas teóricas relevantes de la física y la informática. Luego analiza lo que se sabe sobre el costo entrópico de una variedad de cálculos, desde borrar un solo bit hasta ejecutar una máquina de Turing. Continúa mostrando cómo los avances en la física estadística del desequilibrio 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 teniendo en cuenta la conservación de energía. ¿Pueden los sistemas biológicos, por ejemplo, ¿Sirve de inspiración para diseñar computadoras con un costo termodinámico mínimo?

"Estamos sorprendidos y asombrados de muchas maneras, "Wolpert dice. Al armar la revisión, y coeditar un libro sobre el tema que se publicará a finales de este año, "Hemos descubierto fenómenos que nadie había analizado antes y que eran muy naturales para nosotros, mientras buscamos esta versión moderna de la termodinámica de la computación ".