既然計(jì)算機(jī)的個(gè)體門電路可逆，那么計(jì)算機(jī)本身也可以被做成可逆的。換句話說(shuō)，人們能夠從計(jì)算機(jī)左端輸入初始比特串，并且這些可以被計(jì)算機(jī)內(nèi)的Fredkin門處理。作為結(jié)果的輸出(答案)將從計(jì)算機(jī)右端的門電路輸出。

你可以復(fù)制一份結(jié)果(這可能會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)熱量)，然后把結(jié)果從右端到左端送入計(jì)算機(jī)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)的所有門都是可逆的，你將會(huì)得到你從左端開(kāi)始的輸入。你進(jìn)行了一個(gè)可逆計(jì)算。沒(méi)有任何比特丟失，因此沒(méi)有產(chǎn)生任何熱量。然而，你得到了你想要的結(jié)果，因?yàn)槟阍谟?jì)算過(guò)程中制造了一份拷貝，也就是說(shuō)，在你“倒轉(zhuǎn)”處理的方向之前進(jìn)行了拷貝。

可逆計(jì)算可能會(huì)花費(fèi)相當(dāng)于傳統(tǒng)計(jì)算兩倍的計(jì)算時(shí)間，因?yàn)槟惚仨毎呀Y(jié)果從同樣的電路送回(或者是相同的拷貝)，但是至少?zèng)]有任何熱量產(chǎn)生。

這樣的顯著意義是什么？為什么我要花費(fèi)這么長(zhǎng)的時(shí)間和精力來(lái)解釋這樣的事物？因?yàn)槲艺J(rèn)為20世紀(jì)70年代對(duì)于可逆的且無(wú)熱量的計(jì)算理論的發(fā)現(xiàn)是本世紀(jì)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，并且和本書(shū)的主要思想有密切關(guān)系。

因?yàn)檫@是一個(gè)非常“強(qiáng)烈”的聲明，所以估計(jì)將會(huì)被很多人懷疑，特別是我的一些同事，先讓我說(shuō)明為什么我有這樣的觀點(diǎn)。

一些年以前，一些物理計(jì)算學(xué)家一直在思考：“如果摩爾定律一直擴(kuò)展到分子級(jí)別，如果人們還繼續(xù)采用傳統(tǒng)的非可逆的、清除比特的信息處理技術(shù)，分子級(jí)別電路將會(huì)產(chǎn)生多少熱量呢？”答案是令人驚訝的。

如此高度密集的電路不但會(huì)因?yàn)闊崃慷刍踔習(xí)l(fā)生爆炸。很明顯，分子級(jí)別的電路即使會(huì)被制造，也必須放棄傳統(tǒng)的不可逆的計(jì)算形式，而開(kāi)始使用新的可逆形式。

直到最近，研究者們才開(kāi)始認(rèn)真思考可逆計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)。筆記本電腦和掌上電腦行業(yè)對(duì)可逆計(jì)算很感興趣，因?yàn)檫@可以幫助他們解決“電池壽命”的問(wèn)題。

如果他們的計(jì)算機(jī)可以使用更具可逆性的電路，那么消耗的電池能量將更少，因?yàn)樗鼈兿M(fèi)的熱量更少。因此，電池將消耗得更慢，壽命將會(huì)更長(zhǎng)。消費(fèi)者將更樂(lè)意去購(gòu)買電池壽命更長(zhǎng)的筆記本電腦。比如，如果只需一個(gè)筆記本電腦電池就可以維持整個(gè)跨越大西洋的飛行旅程的話，豈不是一件非常美妙的事情？

所以，可逆計(jì)算的出現(xiàn)勢(shì)在必行。當(dāng)摩爾定律繼續(xù)有效時(shí)，無(wú)疑增加了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者使用可逆計(jì)算模式的壓力。這只是個(gè)時(shí)間問(wèn)題。

但是，如果我們開(kāi)始認(rèn)真接受無(wú)熱計(jì)算的概念，我們可以開(kāi)始嘗試一些革命性的想法。例如，為什么當(dāng)代的電路是二維的？為什么我們談?wù)摱S的硅“芯片”(也就是層片)，而不是三維的“塊”？這都是因?yàn)闊崃?。如果我們用?dāng)代的電路元器件密集程度來(lái)制造三維的硅塊，將會(huì)產(chǎn)生如此多的熱量以至于芯塊會(huì)熔化。還有，當(dāng)它們被制造好后，我們應(yīng)怎樣去設(shè)計(jì)和調(diào)試它們？我們還沒(méi)有這樣的技術(shù)來(lái)做這些事情。我們甚至不會(huì)考慮試著去制造三維電路，因?yàn)槲覀冎乐灰獰岙a(chǎn)生問(wèn)題不解決，一切都將只是徒勞。

但是，只要擁有可逆的無(wú)熱電路，我們就可以從容地制造大型的三維電路，理論上說(shuō)，沒(méi)有任何尺寸上的限制。我們可以制造出1立方厘米、1立方米尺寸的電路，或者一個(gè)房間那樣大小，或一幢房子、一座建筑物、一座城市，甚至一個(gè)幾萬(wàn)公里直徑的小行星那樣大。(小行星是繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)半徑在火星和木星之間的、充滿巖石和金屬的大圓石。在“小行星帶”中有成千上萬(wàn)個(gè)非常巨大的小行星。)

在理論上，我們可以制造像月亮或行星一樣大小的計(jì)算機(jī)，但是事實(shí)會(huì)證明，引力作用將是個(gè)問(wèn)題。

現(xiàn)在你可能在懷疑，為什么我認(rèn)為可逆計(jì)算是如此極端的重要。請(qǐng)你問(wèn)自己一個(gè)問(wèn)題，例如，一個(gè)小行星可以存儲(chǔ)多少比特的信息。答案是大概1040個(gè)，也就是“1”后面跟40個(gè)零，一萬(wàn)個(gè)億萬(wàn)億萬(wàn)億萬(wàn)個(gè)原子，也就是比特。