I årtionden, fysiker har brottats med att förstå den termodynamiska kostnaden för att manipulera information, vad vi nu skulle kalla datorer. Hur mycket energi tar det, till exempel, att radera en enda bit från en dator? Vad sägs om mer komplicerade operationer? Dessa pressar, praktiska frågor, eftersom konstgjorda datorer är energisvin, hävdar uppskattningsvis fyra procent av den totala energiförbrukningen i USA.

Dessa frågor är inte begränsade till de digitala maskiner som vi konstruerat. Den mänskliga hjärnan kan ses som en dator - en som tappar uppskattningsvis 10 till 20 procent av alla kalorier en person konsumerar. Levande celler, för, kan ses som datorer, men datorer som "är många storleksordningar mer effektiva" än någon bärbar dator eller smartphone människor har konstruerat, säger David Wolpert från Santa Fe Institute.

Wolpert, en matematiker, fysiker, och datavetare, har varit i frontlinjen för ett snabbt återupptagande av intresse för en djup förståelse för energikostnaden för datorer. Den forskningen slår nu framåt, tack vare framsteg när det gäller att använda några revolutionerande verktyg som nyligen utvecklats inom statistisk fysik, för att förstå det termodynamiska beteendet hos obalanssystem. Anledningen till att dessa verktyg är så viktiga är att datorer är avgjort icke -jämviktssystem. (Koppla ur din bärbara dator och vänta tills den når jämvikt, och se sedan om det fortfarande fungerar.) Även om Wolpert främst närmar sig dessa frågor med hjälp av verktyg från datavetenskap och fysik, det finns också ett starkt intresse från forskare inom andra områden, inklusive de som studerar kemiska reaktioner, cellulär biologi, och neurobiologi.

Dock, forskning inom obalans statistisk fysik sker till stor del i silor, säger Wolpert. I en recension som publicerades idag i Journal of Physics A , Wolpert samlar de senaste framstegen när det gäller att förstå beräkningens termodynamik som bygger på datavetenskap och fysik. Granskningen fungerar som ett slags state-of-the-science-rapport för en spirande tvärvetenskaplig utredning.

"Det är i grunden en ögonblicksbild av fälternas nuvarande tillstånd, där dessa idéer börjar explodera, åt alla håll, säger Wolpert.

I tidningen, Wolpert sammanfattar först relevanta teoretiska idéer från fysik och datavetenskap. Han diskuterar sedan vad som är känt om den entropiska kostnaden för en rad beräkningar, från att radera en enda bit till att köra en Turing -maskin. Han fortsätter med att visa hur genombrott inom statistisk fysik i obalans har gjort det möjligt för forskare att mer formellt undersöka dessa fall - gå långt bortom enkel bitradering.

Wolpert berör också de frågor som väckts i denna senaste forskning som föreslår verkliga utmaningar, som hur man utformar algoritmer med energibesparing i åtanke. Kan biologiska system, till exempel, tjäna som inspiration för att designa datorer med minimal termodynamisk kostnad?

"Vi blir förvånade och förvånade på många sätt, "Säger Wolpert. Vid sammanställningen av recensionen, och coediting en bok om ämnet som kommer ut senare i år, "Vi har upptäckt fenomen som ingen har analyserat tidigare som var mycket naturliga för oss, när vi fortsätter denna moderna version av beräkningens termodynamik. "