Alan Turing. Oracle spår fra kaos

Alan Turing drømte om å skape et "orakel" som er i stand til å svare på alle spørsmål. Verken han eller noen andre bygde en slik maskin. Datamodellen som den briljante matematikeren kom opp med i 1936 kan imidlertid betraktes som dataalderens matrise – fra enkle kalkulatorer til kraftige superdatamaskiner.

Maskinen bygget av Turing er en enkel algoritmisk enhet, til og med primitiv sammenlignet med dagens datamaskiner og programmeringsspråk. Og likevel er den sterk nok til at selv de mest komplekse algoritmene kan utføres.

Alan Turing

I den klassiske definisjonen beskrives en Turing-maskin som en abstrakt modell av en datamaskin som brukes til å utføre algoritmer, bestående av et uendelig langt bånd delt inn i felt der data skrives. Tapen kan være endeløs på den ene siden eller på begge sider. Hvert felt kan være i en av N tilstander. Bilen er alltid plassert over et av feltene og er i en av M-statene. Avhengig av kombinasjonen av maskintilstand og felt, skriver maskinen en ny verdi til feltet, endrer tilstanden og kan deretter flytte ett felt til høyre eller venstre. Denne operasjonen kalles en ordre. Turing-maskinen styres av en liste som inneholder et hvilket som helst antall slike instruksjoner. Tallene N og M kan være hva som helst, så lenge de er endelige. Listen over instruksjoner for en Turing-maskin kan betraktes som programmet.

Grunnmodellen har et inndatabånd delt inn i celler (firkanter) og et båndhode som kun kan observere én celle til enhver tid. Hver celle kan inneholde ett tegn fra et begrenset alfabet med tegn. Konvensjonelt anses det at sekvensen av inngangssymboler er plassert på båndet, med start fra venstre, er de resterende cellene (til høyre for inngangssymbolene) fylt med et spesielt symbol på båndet.

Dermed består en Turing-maskin av følgende elementer:

• et bevegelig lese-/skrivehode som kan bevege seg på tvers av båndet, flytte én firkant om gangen;
• et begrenset sett med tilstander;
• siste tegn alfabetet;
• en endeløs stripe med markerte firkanter, som hver kan inneholde ett tegn;
• et tilstandsovergangsdiagram med instruksjoner som forårsaker endringer ved hvert stopp.

Hyperdatamaskiner

Turing-maskinen beviser at enhver datamaskin vi bygger vil ha uunngåelige begrensninger. For eksempel relatert til det berømte Gödel-ufullstendighetsteoremet. En engelsk matematiker beviste at det er problemer som en datamaskin ikke kan løse, selv om vi bruker all verdens beregningsbaserte petaflops til dette formålet. Du kan for eksempel aldri se om et program vil komme inn i en uendelig repeterende logisk sløyfe, eller om det vil kunne avsluttes – uten først å prøve et program som risikerer å komme inn i en sløyfe osv. (kalt et stoppproblem). Effekten av disse umulighetene i enheter bygget etter etableringen av Turing-maskinen er blant annet den velkjente "blue screen of death" for databrukere.

Alan Turing bokomslag

Fusjonsproblemet, som vist av arbeidet til Java Siegelman, publisert i 1993, kan løses av en datamaskin basert på et nevralt nettverk, som består av prosessorer koblet til hverandre på en måte som etterligner hjernens struktur, med en beregningsresultat fra en går til "input" til til en annen. Konseptet "hyperdatamaskiner" har dukket opp, som bruker universets grunnleggende mekanismer for å utføre beregninger. Dette vil være – hvor eksotisk det enn kan høres ut – maskiner som utfører et uendelig antall operasjoner på en begrenset tid. Mike Stannett fra British University of Sheffield foreslo for eksempel bruken av et elektron i et hydrogenatom, som i teorien kan eksistere i et uendelig antall tilstander. Selv kvantedatamaskiner blekner for frekkheten til disse konseptene.

De siste årene har forskere vendt tilbake til drømmen om et "orakel" som Turing selv aldri bygde eller til og med prøvde. Emmett Redd og Stephen Younger fra University of Missouri mener det er mulig å lage en «Turing-supermaskin». De følger den samme veien som den nevnte Chava Siegelman tok, og bygger nevrale nettverk der det ved inngangen-utgangen, i stedet for null-en-verdier, er en hel rekke tilstander - fra signalet "helt på" til "helt av" . Som Redd forklarer i juli 2015-utgaven av NewScientist, "mellom 0 og 1 ligger uendelighet."

Fru Siegelman sluttet seg til de to Missouri-forskerne, og sammen begynte de å utforske mulighetene for kaos. I følge den populære beskrivelsen antyder kaosteori at flaksingen av en sommerfugls vinger på den ene halvkulen forårsaker en orkan i den andre. Forskerne som bygger Turings supermaskin har mye av det samme i tankene – et system der små endringer får store konsekvenser.

Innen slutten av 2015, takket være arbeidet til Siegelman, Redd og Younger, skulle to prototype kaosbaserte datamaskiner bygges. En av dem er et nevralt nettverk som består av tre konvensjonelle elektroniske komponenter forbundet med elleve synaptiske forbindelser. Den andre er en fotonisk enhet som bruker lys, speil og linser for å gjenskape elleve nevroner og 3600 synapser.

Mange forskere er skeptiske til at det er realistisk å bygge en "super-Turing". For andre vil en slik maskin være en fysisk gjenskaping av naturens tilfeldighet. Naturens allvitenhet, det faktum at hun kan alle svarene, kommer av at hun er natur. Systemet som reproduserer naturen, universet, vet alt, er et orakel, fordi det er det samme som alle andre. Kanskje er dette veien til en kunstig superintelligens, til noe som tilstrekkelig gjenskaper kompleksiteten og det kaotiske arbeidet i den menneskelige hjernen. Turing selv foreslo en gang å sette radioaktivt radium inn i en datamaskin han hadde designet for å gjøre resultatene av beregningene hans kaotiske og tilfeldige.

Men selv om prototyper av kaosbaserte supermaskiner fungerer, gjenstår problemet hvordan man kan bevise at de virkelig er disse supermaskinene. Forskere har ennå ikke en idé om en passende screeningtest. Sett fra en standard datamaskin som kan brukes til å sjekke dette, kan supermaskiner betraktes som såkalte feil, det vil si systemfeil. Fra et menneskelig synspunkt kan alt være helt uforståelig og ... kaotisk.