Alors que les densités et les vitesses de commutation de nos dispositifs informatiques continuent d’augmenter de manière exponentielle, la quantité d’énergie dissipée par ces dispositifs doit rester à un certain niveau, sinon un appareil de refroidissement économiquement peu pratique est nécessaire. Les ordinateurs conventionnels effectuent des opérations logiques thermodynamiquement irréversibles, c’est-à-dire qu’il n’est pas possible d’extrapoler des états antérieurs de la machine en se basant uniquement sur des informations provenant d’états futurs. Les informations, sous forme de bits, sont effacées. Cet effacement de bit représente l’entropie, qui est corrélée à la dissipation thermique.

Alors que nous utilisons des techniques de plus en plus avancées pour concevoir nos circuits intégrés, la dissipation d’énergie par opération logique n’a cessé de baisser. Mais vers 2015, le développement atteindra une barrière fondamentale – la barrière kT – qui représente une quantité d’énergie calculée en multipliant la température de l’environnement informatique (généralement la température ambiante, ou ~300 Kelvin) par la constante de Boltzmann. La seule façon de franchir cette barrière est soit d’abaisser la température de nos ordinateurs, soit de développer des ordinateurs thermodynamiquement réversibles qui ne génèrent pas d’entropie et donc ne dissipent pas autant de chaleur que les ordinateurs conventionnels irréversibles.

La création d’ordinateurs réversibles est une option nettement plus attrayante que le refroidissement, car abaisser l’environnement informatique à la température la plus basse possible (~0 Kelvin) ne diminue la dissipation d’énergie par unité de volume que de deux ordres de grandeur, tandis que la construction d’ordinateurs réversibles permet de réduit arbitrairement.

En construisant des ordinateurs qui effectuent des opérations logiques réversibles, des niveaux arbitrairement bas de dissipation de chaleur peuvent être atteints. L’inconvénient est que les architectures réversibles peuvent devenir assez compliquées. Alors que 2015 approche et que l’industrie informatique commence à approcher la barrière kT, il est probable que les compilateurs seront conçus pour maximiser le nombre d’opérations thermodynamiquement réversibles au sein des architectures informatiques conventionnelles. Lorsque nous commençons à considérer des ordinateurs construits à partir de portes logiques très petites et rapides, comme dans le cas de la nanoinformatique, la réversibilité devient une caractéristique essentielle pour maintenir la dissipation d’énergie à des niveaux tolérables.

La recherche en informatique réversible est aujourd’hui lancée par le MIT, dont le projet Pendulum a été spécifiquement créé pour concevoir une architecture informatique entièrement réversible. Les efficacités informatiques maximales atteignables étant nécessairement constituées d’architectures réversibles, ce domaine de recherche est indispensable pour que la puissance et l’économie de nos ordinateurs continuent d’augmenter.