p Os sistemas de computador produzem muito calor. Os data centers estão cheios de ventiladores de refrigeração zumbindo, e até mesmo smartphones podem esquentar com alto uso. Reduzir o consumo de energia é um dos principais desafios da tecnologia da informação. Mas há um teórico, limite inferior dependente da temperatura para resfriamento, conforme afirmado por Rolf Landauer na década de 1960. Jan Klaers, da UT, agora mostra que cronometrando de forma inteligente a interação do calor e das operações lógicas, é possível ir ainda mais baixo do que esse limite. Esta nova teoria, apresentado em Cartas de revisão física , pode levar a uma eletrônica cada vez mais eficiente em termos de energia. p Muito antes da introdução em larga escala de sistemas de computador, em 1961, Rolf Landauer (1927-1999) publicou seu famoso artigo sobre a quantidade mínima de energia necessária para apagar um bit de informação, isso é, alterando-o do estado "um" para o estado "zero". Este mínimo, de acordo com o princípio de apagamento de Landauer, é dependente da temperatura, e conecta as leis da termodinâmica e da teoria da informação.

p Muitos anos depois, em 2012, experimentos publicados em Natureza confirmou o princípio. Para a geração atual de computadores, este limite inferior ainda não foi atingido; o consumo de energia típico de uma operação lógica ainda é cerca de 1, 000 vezes maior. Mas isso certamente mudará nas próximas décadas. A computação alcançará então um limite fundamental? Em seu jornal, Jan Klaers propõe uma forma de reduzir o custo de energia sincronizando as operações do computador e a temperatura de maneira inteligente. Com esta técnica, será possível reduzir a energia necessária para o apagamento abaixo do limite de Landauer.

p Operando quando frio

p Considerando as muitas operações lógicas que ocorrem em um computador, o perfil de temperatura é complexo. Se um bit muda de estado em uma determinada porta lógica, a mudança de temperatura ocorrerá nos portões circundantes, também. Embora complexo, a temperatura e o consumo de energia têm o mesmo ritmo do relógio do microprocessador. Estes são chamados de estados térmicos comprimidos, e eles podem ser observados durante a operação do computador. Isso significa que, em certos momentos, os custos de temperatura e energia são mais baixos para as mesmas operações. A sincronização das operações lógicas com esses momentos em que a temperatura está efetivamente mais fria levará a um consumo de energia inferior ao limite de Landauer.

p Klaers analisou um modelo mecânico minimalista que representa uma memória de um bit semelhante à que Landauer usou para sua teoria. Pesquisas futuras terão que mostrar quais resultados podem ser alcançados em sistemas de computador reais.

p Dr. Jan Klaers é pesquisador do grupo Complex Photonic Systems, parte do Instituto MESA + da UT. Dentro do grupo, ele iniciou sua própria direção de pesquisa no campo da termodinâmica quântica experimental.