L'informazione consuma energia

È necessario consumare energia per la computazione?

Ossia, se dal punto di vista teorico, la trasformazione dell'informazione necessiti di energia. Chiaramente, serve energia per osservare il risultato e per immettere i dati. Ma il puro processo computativo, interno, silenzioso e non visibile all'esterno, deve consumare energia o si fa a costo zero? Vorrei sentire i pareri dei fisici classici e di quelli quantistici.

Marino Miculan
19 gennaio 2001
Qualsiasi computazione, ovvero trasformazione dell'informazione deve avvenire a opera di un agente di calcolo fisico. Senza fare ipotesi sui principi di funzionamento di tale agente di calcolo, dobbiamo però presupporre che si faccia uso di una realizzazione fisica di una macchina computazionale (che è un'astrazione teorica, per esempio una macchina di Turing) tale che gli stati della macchina computazionale siano in corrispondenza con gli stati fisici della sua realizzazione pratica. La computazione corrisponde alla sequenza di transizioni tra stati fisici della macchina.

La domanda diviene allora: qual è il costo minimo per far passare un sistema fisico da uno stato a un altro?
Se la transizione tra stati fisici avviene in maniera adiabatica, il costo della transizione può essere reso arbitrariamente piccolo. Infatti, anche se gli stati sono separati da barriere di energia, purché si tratti di stati con la stessa energia, il costo relativo alla fase di "scalata" della barriera potenziale può essere recuperato in modo pressocché totale nella fase di "discesa".
Resta da valutare solo il costo energetico del segnale che deve"innescare" la transizione. A temperatura finita questo non può essere nullo se è necessario poter distinguere il segnale dalle fluttuazioni di energia.
Tuttavia, per un sistema classico a contatto con un termostato a temperatura T lo si può rendere arbitrariamente piccolo al diminuire di T.

Naturalmente questa analisi estremamente teorica, dal punto di vista dei problemi pratici di computazione, perché una transizione è tanto più adiabatica (quasi statica) quanto più lenta. Pertanto la situazione di minimo costo energetico coincide con quella di massimo tempo impiegato per eseguirla.
Cosa estremamente spiacevole dal punto di vista pratico!

Giorgio Pastore Dipartimento di Fisica teorica, Università di Trieste
Keywords: fisica

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