Обычный компьютер обрабатывает информацию, перемещая электрические заряды по проводникам. Но возможен и иной подход — вычисления с помощью тепла. Представьте сеть трубок, по которым течёт горячая и холодная вода: если соединить трубки в определённом порядке, такая система сможет выполнять простые логические операции. Перепады температур играют роль вентилей в процессоре, только вместо электрического напряжения — разница тепловых потенциалов.

Концепция тепловых компьютеров уже обсуждается инженерами, однако у неё есть фундаментальная цена: каждое вычисление требует рассеять немного тепла, иначе полезный сигнал потонет в случайных колебаниях температуры. Авторы новой работы вывели строгие формулы, связывающие точность ответа, скорость передачи информации и неизбежные потери энергии. Полностью устранить ошибки невозможно: даже при сколь угодно больших затратах тепла остаётся минимальный уровень шума, определяемый размером тепловых резервуаров.

Когда несколько тепловых элементов соединяют в цепочку для выполнения сложной задачи, затраты энергии растут не просто пропорционально числу элементов. Исследователи показали: для сети длиной L потери энергии возрастают как L, умноженное на логарифм L, а при сильном усилении шума — вплоть до куба L. Это означает, что большие тепловые схемы становятся непрактично прожорливыми, и необходимо искать способы охлаждать или изолировать каждый этап вычислений.

Работа соединяет физику тепловых процессов с теорией информации. Она даёт инженерам чёткие ориентиры: сколько энергии придётся потратить, чтобы тепловой компьютер считал с нужной точностью, и где проходит граница, за которую переступать бессмысленно.