Quelltext der Seite Reversibles Computing

{{Belege fehlen|komplett}}Der Begriff '''Rechnerreversibilität''' oder englisch '''Reversible Computing''' bezeichnet eine Architektur für Computer, die (wenigstens näherungsweise) reversibel ist, bei deren Berechnungen also aus dem Endresultat auch der Anfangszustand wiederhergestellt werden könnte.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Tommaso Toffoli |Titel=Reversible computing |Sammelwerk=Automata, Languages and Programming |Verlag=Springer |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=1980 |ISBN=3-540-39346-3 |Seiten=632–644 |Online=https://link.springer.com/chapter/10.1007/3-540-10003-2_104 |Abruf=2025-02-05 |DOI=10.1007/3-540-10003-2_104}}</ref>

Wichtigste Motivation für die Forschung an reversiblen Rechnerarchitekturen ist der Wunsch, die theoretische Grenze der Energieeffizienz der heutigen Rechnerarchitektur zu umgehen. Dies ist insbesondere im Hinblick auf den Bau von [[Quantencomputer]]n interessant, da bei diesen die Wärmeentwicklung irreversibler logischer Schaltungen zu Fehlfunktionen führen würde.<ref name=":0" />

== Neumann-Landauer-Grenze ==
{{Hauptartikel|Landauer-Prinzip}}
Die heutige Rechnerarchitektur basiert auf irreversibler Logik. Dies bedeutet, dass bei der Durchführung logischer Operationen Information verloren geht. So hat ein einfaches [[Konjunktion (Logik)|AND]] zum Beispiel zwei Inputsignale aber nur ein Outputsignal. Es geht also ein [[Bit]] verloren und die Anzahl möglicher logischer Zustände reduziert sich von 4 auf 2.

Behandelt man logische Zustände wie physikalische, so gelten für sie die Regeln der [[Thermodynamik]]. Also führt eine Reduktion der Anzahl Zustände von 4 auf 2 zu einer Reduktion der Entropie um <math>\Delta S = k \cdot \ln(2)</math> (mit ''k'' der [[Boltzmannkonstante]]). Die [[Entropie]]reduktion wiederum verlangt, dass eine Wärmemenge von mindestens <math>Q = ST = kT \cdot \ln(2)</math> abgegeben wird. Diese unterste Grenze für die Energie, die pro logischer Operation in modernen Computern eingesetzt wird, heißt Neumann-Landauer-Grenze (nach [[Rolf Landauer]] und [[John von Neumann]]).

== Reversible logische Prozesse ==
Logische Operationen müssen nicht irreversibel sein. Man kann reversible logische Operationen definieren und wie Landauer gezeigt hat, sind logisch reversible Prozesse immer auch physikalisch reversibel (Landauersches Prinzip).

Insbesondere lässt sich zeigen, dass sich alle logischen Operationen als Verknüpfung von reversiblen Operationen darstellen lassen. Theoretisch lässt sich also auch mit reversibler Logik ein Computer bauen. Zudem existieren viele Publikationen von zum Teil namhaften Autoren, die Konzepte und Mechanismen zu diesem Thema behandeln. Trotzdem wird Reversible Computing bis heute nur zu Forschungszwecken verwendet.

== Nachteile ==
Da bei reversibler Logik keine Informationen vernichtet werden dürfen, müssen alle bei Berechnungen entstehenden zusätzlichen Bits (Zwischenergebnisse) gespeichert werden.

== Praktische Anwendung ==
Eine Umsetzung des Prinzips eines solchen Rechners wird bereits verfolgt. ''Vaire Computing'', ein britisches Start-Up, arbeitet an einem klassischen Arithmetik-Prozessor, der zu Energie-Rückgewinnung auf der Basis des reversiblen Rechnens in der Lage sein soll. Der Prozessor verwendet herkömmliche [[Complementary metal-oxide-semiconductor|CMOS]]-Logik.<ref>{{Internetquelle |autor=Dina Genkina |url=https://spectrum.ieee.org/reversible-computing |titel=Reversible computing escapes the lab |hrsg=IEEE Spectrum |datum=2025-01-02 |sprache=en |abruf=2025-02-18}}</ref>
== Weblinks ==
* [https://www.zyvex.com/nanotech/mechano.html Two Types of Mechanical Reversible Logic]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Rechnerarchitektur]]