Borrar información produce calor

Estamos acostumbrados al calor residual producido por los cables eléctricos y frenos de automóviles. No tan conocido es el calor generado por el borrado de una memoria digital. Ahora un experimento inspirado por un “demonio metafórico” ha medido el calor fundamental, que algún día impondrá un límite a la potencia de los ordenadores.

El demonio de Maxwell, nombrado así desde el siglo 19 por el físico James Clerk Maxwell, es un enigma que parece romper una ley básica de la física mediante la creación de una máquina de movimiento perpetuo. Maxwell razonó que su demonio podía controlar una puerta que divide una caja de moléculas de gas, unas con  movimiento rápido y otras lento. Al abrir la puerta en los momentos oportunos, el demonio podría llenar uno de los lados de la caja con gas caliente y el otro con el frío, creando una diferencia de temperatura. Esa diferencia podría conducir a un motor, que produce trabajo útil sin que parezca que gasta energía suficiente.

En 1961, Rolf Landauer (1927-1999) propuso que la clave del enigma era la memoria del demonio. A medida que la criatura recoge información sobre el movimiento de las moléculas, se debe borrar la memoria anterior. Landauer sugirió que el proceso de borrado disipa el calor. Este calor gastado podría equilibrar el trabajo útil obtenido por el demonio, y asegurarse de que, de hecho, no se obtiene algo por nada.

No todo el mundo estuvo de acuerdo con esta explicación. Ahora Eric Lutz, de la Universidad de Augsburg, en Alemania y sus colegas han demostrado que realmente existe una mínima cantidad de calor producido por bit de datos borrados. Este límite llamado de Landauer es prueba de que el demonio no recibe “comida” gratis. “Estamos exorcizando al demonio”, dice Lutz.

En vez de campana, libro y vela, los “exorcistas” utiliza un láser que puede establecer la posición de una pequeña cuenta de vidrio. El láser se enfoca para dar lugar a dos posiciones estables, izquierda y derecha o 0 y 1.  Resultante que un bit de memoria puede almacenar un 0 o 1, pero las memorias son siempre borradas por reposición a 0. El equipo encontró que el calor generado por el borrado  no es menor que el límite de Landauer (Nature, DOI: 10.1038/nature10872).

Esto tiene profundas implicaciones para la industria del microchip, dice Lutz. En este momento, los chips producen calor alrededor de 1000 veces más por bit que el límite, debido a la resistencia en sus cables. Los fabricantes de chips están trabajando en esto, pero llegará un punto en el que no se puede reducir más. “La tecnología basada en silicio se prevé alcanzará el límite de Landauer en 20 a 30 años”, dice Lutz. A continuación, la capacidad de exprimir cada vez más los bits en un chip dependerá de encontrar mejores maneras de que se enfríen.

Hasta ahora resultaba muy difícil validar el principio del físico de IBM  por la dificultad de realizar experimentos con una sola partícula y medir la baja disipación de calor. De hecho, la energía que genera el borrado de un bit de información ha resultado ser de tan solo unos 3×10^-21 julios a temperatura ambiente.

Los resultados del estudio también demuestran la “íntima conexión” –según señala el artículo– entre la teoría de la información y la termodinámica, dos ámbitos que ya relacionaba Landauer en sus propuestas.

Fuente: NewScientist