Informática

Será que teremos computação sem consumo de energia?

Redação do Site Inovação Tecnológica -  17/11/2017

Esquema de funcionamento da porta lógica mecânica, usada para desafiar o Princípio de Landauer.[Imagem: M. López-Suárez et al. - 10.1038/ncomms12068]

Princípio de Landauer

Um trio de pesquisadores italianos acredita ter encontrado a prova definitiva de que o Princípio de Landauerpode não ser tão restritivo - ou talvez nem mesmo importar - para a computação.

Nos anos 1960, Rolf Landauer (1927-1999) estabeleceu o princípio de que qualquer transformação de informação que ocorra em um dispositivo computacional consome energia porque qualquer processamento produz energia térmica e, como consequência, a informação acaba se perdendo - logo, seria impossível criar um processador de qualquer tipo que não consuma energia.

Ninguém até hoje conseguiu demonstrar lógica ou matematicamente o contrário - menos ainda na prática - mas o Princípio de Landauer continua sendo controverso entre os físicos e mesmo entre os filósofos. Seus opositores argumentam não haver qualquer correlação entre lógica e entropia, enquanto seus defensores tentam enquadrar o conceito de informação dentro da termodinâmica estatística.

Esse assunto tem uma enorme implicação prática devido ao elevadíssimo consumo de energia dos computadores. Por exemplo, estima-se que apenas as centrais de dados de empresas como Google, Facebook e Amazon sejam responsáveis pelo consumo de 2% de toda a eletricidade produzida nos EUA - se cálculos forem feitos para os computadores e demais dispositivos pessoais, o número deve ser impressionante.

Ocorre que todos esses computadores funcionam em um nível muito acima do mínimo previsto por Landauer, mostrando que, à parte as discussões teóricas, há espaço para melhorias.

Assim, o Princípio de Landauer não impediu que Miquel Lopez Suárez, Igor Neri e Luca Gammaitoni, da Universidade de Perugia, na Itália, fizessem seus próprios experimentos para tentar se aproximar de uma computação menos intensiva em energia.

Outras equipes já haviam feito demonstrações menos radicais, mas suficientes para comprovar que computadores magnéticos aproximam-se do limite de Landauer. [Imagem: Jeongmin Hong/Jeffrey Bokor]

Desafiando o Princípio de Landauer

Ocorre que os resultados práticos obtidos pelo trio italiano deram uma balançada geral no princípio de Landauer - se não o jogaram por terra, ao menos mostraram que ele parece ter pouca relevância prática para a computação.

"Assim que começamos a trabalhar no projeto, percebemos que havia algo de errado no entendimento comum do Princípio de Landauer," lembra Gammaitoni.

O experimento consiste em uma porta lógica OR eletromecânica, cujo trabalho é pegar um dado binário - 0 ou 1 - e convertê-lo em um 0. Esse é o exemplo central de Landauer, que argumenta que esse processo é irreversível porque a saída - 0 - não permite determinar se a entrada foi um 0 ou um 1, de forma que a operação resulta em um apagamento da informação - Landauer equiparou a informação perdida à energia que se dissipou, daí a conexão com a entropia.

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A porta lógica eletromecânica simula um circuito eletrônico típico de um processador. [Imagem: M. López-Suárez et al. - 10.1038/ncomms12068]

Computação sem gasto de energia

O dispositivo lógico construído pela equipe italiana consiste em um minúsculo braço oscilante que se dobra em resposta às tensões aplicadas aos eletrodos instalados próximos à sua extremidade. Essa configuração permitiu imitar uma porta lógica eletrônica construída com transistores.

Como as forças para operar essa porta lógica mecânica são minúsculas, foi possível calcular a energia gasta para executar uma única operação lógica e verificar se essa operação lógica individual gera ou não uma dissipação de calor.

E não gera.

A equipe verificou que uma operação lógica em seu dispositivo pode ser realizada com um consumo de energia que representa apenas 5% do limite de Landauer.

"Agora estamos procurando por outra fonte de financiamento para continuar com essa pesquisa. Nosso objetivo é construir um dispositivo de computação completo para mostrar que você pode fazer toda a computação" com consumo quase zero de energia, disse Gammaitoni.

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Bibliografia:

Sub-kBT micro-electromechanical irreversible logic gate
M. López-Suárez, I. Neri, L. Gammaitoni
Nature Communications
Vol.: 7, Article number: 12068
DOI: 10.1038/ncomms12068