Limites da computação

Existem vários limites físicos e práticos para a quantidade de computação ou armazenamento de dados que podem ser realizados com uma determinada quantidade de massa, volume e energia:

• O limite de Bekenstein restringe a quantidade de informação que pode ser armazenada dentro de um volume esférico para a entropia de um buraco negro com a mesma área de superfície.
• A temperatura da radiação cósmica de fundo dá um limite inferior prático para a energia consumida para realizar cálculos de aproximadamente 4kT por mudança de estado, onde T é a temperatura de fundo (cerca de 3 kelvins), e k é a constante de Boltzmann. Enquanto que um aparelho pode ser resfriado para operar abaixo dessa temperatura, a energia gasta pelo resfriamento compensaria o benefício da menor temperatura de operação.
• O limite de Bremermann é a velocidade máxima computacional de um sistema auto-suficiente no universo material, e baseia-se em massa-energia contra restrições de incerteza quânticas.

Vários métodos tem sido propostos para a produção de aparelhos computacionais ou dispositivos de armazenamento de dados que se aproximam dos limites físicos e práticos:

• Uma estrela resfriada e em degeneração poderia concebivelmente ser usada como um aparelho gigante de armazenamento de dados, de maneira cuidadosa perturbando-a para vários estados animados, da mesma maneira que um átomo ou poço quântico é usado para estes propósitos. Tal estrela teria que ser construída artificialmente, já que nenhuma estrela em degeneração iria resfriar até tal temperatura por um tempo extremamente longo. Também é possível que nucleons na superfície de estrelas de nêutron poderiam formar complexas “moléculas” que alguns sugeriram que poderia ser utilizado para propósitos computacionais, criando um tipo de computrônio baseado em Femtotecnologia que poderia ser mais rápido e denso que o computrônio baseado em nanotecnologia.
• Pode ser possível utilizar um buraco negro como armazenamento de dados e/ou aparelho computacional, se um mecanismo prático para extração de informações contidas puder ser encontrado. Esta extração pode, a princípio, ser possível (a resolução proposta de Stephen Hawking para o paradoxo da informação em buracos negros). Isto alcançaria a densidade de armazenamento exatamente igual a do Limite de Bekenstein. O Professor Seth Lloyd calculou as habilidades computacionais de um “laptop supremo” formado pela compactação de um quilo de matéria num buraco negro de raio 1.485 × 10⁻²⁷ metros, concluindo que duraria cerca de 10^-19 segundos antes da evaporação, devido à Radiação de Hawking,mas que durante este breve período de tempo poderia computar numa taxa de 5 × 10⁵⁰ operações por segundo, em última análise, realizando cerca de 10³² operações em 10¹⁶ bits. Lloyd observa que “Curiosamente, embora este cálculo hipotético é executado em densidades e velocidades elevadíssimas, o número total de bits disponíveis para serem processados não está longe do número disponível para os computadores atuais que operam num ambiente familiar.”