Durante años, los físicos han luchado por comprender el coste termodinámico de manipular información, o lo que podríamos llamar computación. ¿Cuánta energía se necesita, por ejemplo, para borrar un solo bit de un ordenador? ¿Qué hay de aquellas operaciones más complicadas? Estos son preguntas básicas pero que carecen de fácil respuesta y que es necesario resolver ya que actualmente la computación representa un 4% de la energía total consumida en los EE.UU y estas cifras seguirán aumentando. 

Estas preguntas no solo se limitan a los ordenadores y máquinas digitales en general. El cerebro humano se puede considerar como una computadora que consume aproximadamente entre el 10 y 20% de todas las calorías que consume una persona. Las células vivas también se podrían considerar como pequeñas computadoras, que, en muchos órdenes de magnitud, “son más eficientes que cualquier ordenador o smartphone construido por los humanos”, explica David Wolper del Instituto Santa Fe. 

Wolpert, matemático, físico y científico en computación, es una de las figuras que encabeza el cada vez mayor interés por tener una comprensión profunda de los costes energéticos relativos a la computación. La investigación está ahora empezando a dar sus frutos gracias a los avances en el uso de herramientas, recientemente desarrolladas en la física estadística, para comprender el comportamiento termodinámico de los sistemas de no equilibrio y que son realmente revolucionarias. La razón por la que estas herramientas son tan importantes es que las computadoras son sistemas decididamente no equilibrados. Aunque Wolpert se enfoca principalmente en estos problemas utilizando herramientas de ciencias de la computación y física, también hay un gran interés por parte de los investigadores en otras áreas, incluidos aquellos que estudian Reacciones químicas, biología celular y neurobiología.

La investigación ha sido publicada recientemente en la revista científica Journal of Physics A, donde Wolpert recopila los avances recientes en la comprensión termodinámica de la computación basadas en la informática y la física. Se trata de un completo informe sobre el estado actual de la ciencia en este tema.

“Es básicamente una instantánea del estado actual de los campos, donde estas ideas están empezando a explotar en todas direcciones”, comenta 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 coste entrópico de un rango de cómputos, desde borrar un solo bit hasta ejecutar una máquina de Turing. Continúa mostrando cómo los avances en física estadística no equilibrada han permitido a los investigadores probar de forma más formal 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 la forma de 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?

«Nos estamos sorprendiendo y asombrando de muchas maneras. Descubrimos fenómenos que nadie ha analizado antes y que nos parecieron muy naturales, ya que perseguimos esta versión moderna de la termodinámica de la computación” concluye Wolpert.