IL PROBLEMA DELLA REVERSIBILITÁ
Se, come Edward Fredkin, pensiamo che l’universo sia in ultima istanza un gigantesco computer, che elabora informazioni in base a quel software particolare che sono le leggi della fisica, abbiamo un problema: il problema della reversibilità.
I computer infatti non sono reversibili: una volta elaborati gli input e arrivati al risultato finale non è più possibile tornare indietro agli input.
In altre parole se sommo 5 e 4 dal 9 che ottengo non è possibile sapere quali numeri ho effettivamente sommato, potrebbero essere 6 e 3, oppure 8 e 1 e così via per tutte le possibili combinazioni.
Per questo motivo si dice che i calcolatori dissipano informazione e la dissipano sotto forma di calore.
Il calore che i nostri computer emanano altro non è che informazione che se ne va a farsi benedire.
LA CANCELLAZIONE DEI BIT
E questa cancellazione di bit, scoperta da Rolf Landauer nel 1961, viene espressa formalmente e rigorosamente nella formula detta “limite di Landauer”, che non riportiamo data la sua oscurità, ma che viene accettata dalla comunità scientifica e che permette di calcolare esattamente il calore dissipato in funzione dei bit cancellati.
Sembrerebbe tutto okay: invece proprio no.
Le leggi della fisica, infatti, sono reversibili e descrivono un universo sostanzialmente deterministico.
Ciò significa che se io potessi conoscere la posizione e la velocità di tutte le particelle, potrei non solo prevedere il futuro, ma anche risalire all’indietro a precedenti stati dell’universo. Ma perché ciò sia possibile è assolutamente necessario che tutta l’informazione relativa al passato sia conservata in una qualche forma.
Ne deriva che l’idea che l’universo sia un enorme computer è in contraddizione con due principi basilari della fisica: la reversibilità delle leggi fisiche e la conservazione dell’informazione (che sono poi due facce della stessa medaglia).
Questo il dilemma che Edward Friedkin, profondamente convinto della natura computazionale dei fenomeni fisici, si trova di fronte.
LA VITA DI FRIEDKIN
Fredkin è figlio di emigranti russi conosciutisi a Los Angeles, città dove Edward nasce nel 1934. Frequenta svogliatamente le scuole superiori, e riesce a farsi ammettere, con pessimi voti peraltro, al Caltech, che, comunque, per non sbagliarsi abbandona subito al primo anno per arruolarsi nell’aeronautica.
È qui che entra in contatto con un enorme computer IBM: è amore a prima vista e Edward impara subito a programmarlo. Quindi entra a far parte del Laboratorio Lincoln del MIT e riprende gli studi di fisica.
In seguito lascia l’aeronautica e si impiega in una grande azienda di consulenza informatica, che però abbandona dopo poco per fondare nel1962 la International Information Incorporated, un nome altisonante per un’azienda senza asset, senza clienti e con un solo dipendente e neanche laureato.
Presto però Fredkin sviluppa un sistema per tradurre segnali ottici in bit digitali modificando un semplice proiettore. L’aggeggio ha un enorme successo tra alcuni clienti business e la III si quota sul mercato.
È il 1968 e a soli 33 anni Fredkin diventa miliardario. Si compra un ranch in Colorado e un’isola ai Caraibi.
Sempre nel 1968 Edward viene chiamato, su suggerimento di Marvin Minsky, a collaborare con il MAC (Machine Aided Cognition) Project del MIT, di cui diventa direttore nel 1971.
Nel 1974 ritorna come professore al Caltech, con la sponsorship di Richard Feynman.
Dopo un altro breve passaggio al MIT, insegna fisica alla Boston University e ricopre vari incarichi fino alla morte nel 2023.
LA NON REVERSIBILITÁ COMPUTAZIONALE
Due sono i principali contributi all’informatica teorica di Fredkin, ed entrambi formulano una risposta al dilemma della non reversibilità computazionale:
- Il computer a palle di biliardo
Un computer pensato come un biliardo, con delle palle che interagiscono tra loro, come fanno le particelle della fisica. Invece di basarsi su segnali elettronici, utilizza il moto delle palle come vettori di informazione. Di fatto questo tipo di computer è del tutto reversibile e riduce tendenzialmente a zero la propria entropia, non dissipando informazione e quindi calore.Il computer a palle di biliardo non venne mai realizzato praticamente, ma quello che importava era la sua possibilità logica.
- Il gate logico eponimo
L’altra invenzione di Fredkin è il gate logico eponimo: combinando i gate di Fredkin si ottiene un’architettura computazionale universale e anche in questo caso assolutamente reversibile.Esistono quindi macchine computazionali reversibili: di conseguenza possiamo immaginare che l’universo sia una di queste: un’enorme macchina di Turing reversibile; in questo modo si elimina l’apparente aporia tra la concezione digitale dell’universo e la reversibilità delle leggi della fisica.L’universo per Fredkin è digitale, funziona come un computer reversibile, contiene tutta l’informazione che è stata elaborata ed è quindi compiutamente deterministico: se conoscessimo lo stato di tutte le particelle saremmo in grado non solo di predire il futuro, ma anche di ricostruire tutto il passato.
Oltre alle importanti implicazioni per la fisica, le teorie di Fredkin sulla reversibilità computazionale trovano conferma anche nei più recenti sviluppi e problemi dell’ informatica teorica: sono infatti reversibili i computer quantistici; e il tema del consumo energetico, e quindi della dissipazione entropica dell’informazione, è all’ordine del giorno in particolare in connessione con gli sviluppi più recenti dell’Intelligenza Artificiale generativa, che causano un enorme dispendio di energia.
Ringraziamo per il contributo Paolo Riccardo Felicioli