Alan Turing. Oracle voorspelt vanuit chaos

Alan Turing droomde ervan een ‘orakel’ te creëren dat elke vraag kon beantwoorden. Noch hij, noch iemand anders heeft zo'n machine gebouwd. Het computermodel, dat in 1936 door een briljante wiskundige werd uitgevonden, kan echter worden beschouwd als de matrix van het computertijdperk: van eenvoudige rekenmachines tot krachtige supercomputers.

De machine die Turing heeft gebouwd is een eenvoudig algoritmisch apparaat, zelfs primitief vergeleken met de huidige computers en programmeertalen. En toch is het krachtig genoeg om zelfs de meest complexe algoritmen uit te voeren.

Alan Turing

De klassieke definitie beschrijft een Turing-machine als een abstract model van een computer die wordt gebruikt om algoritmen uit te voeren, bestaande uit een oneindig lange band verdeeld in velden waarin gegevens worden vastgelegd. De tape kan aan één zijde of aan beide zijden eindloos zijn. Elk veld kan zich in een van de N-statussen bevinden. De machine staat altijd boven één van de percelen en staat in één van de M-standen. Afhankelijk van de combinatie van machinestatus en veld schrijft de machine een nieuwe waarde naar het veld, verandert van status en kan vervolgens één veld naar rechts of links verplaatsen. Deze handeling wordt een bestelling genoemd. Een Turing-machine wordt bestuurd door een lijst met een willekeurig aantal van dergelijke instructies. De getallen N en M kunnen elk getal zijn, zolang ze maar eindig zijn. De lijst met instructies voor een Turing-machine kan worden gezien als het programma ervan.

Het basismodel heeft een invoerband verdeeld in cellen (vierkantjes) en een bandkop die slechts één cel tegelijk kan waarnemen. Elke cel kan één teken uit een eindig alfabet van tekens bevatten. Conventioneel wordt ervan uitgegaan dat de reeks invoersymbolen op de band wordt geplaatst, beginnend vanaf de linkerkant, terwijl de resterende cellen (rechts van de invoersymbolen) worden gevuld met een speciaal bandsymbool.

Een Turingmachine bestaat dus uit de volgende elementen:

• een beweegbare lees-/schrijfkop die over de band kan bewegen, vierkant voor vierkant;
• eindige reeks toestanden;
• eindig alfabet van symbolen;
• een eindeloze strook met gemarkeerde vierkanten, die elk één symbool kunnen bevatten;
• statusovergangsdiagram met instructies die bij elke stop veranderingen veroorzaken.

Hypercomputers

De Turing-machine bewijst dat elke computer die we bouwen onvermijdelijke beperkingen zal hebben. Bijvoorbeeld gerelateerd aan de beroemde onvolledigheidsstelling van Gödel. De Engelse wiskundige bewees dat er problemen zijn die een computer niet kan oplossen, zelfs als we alle computer-petaflops ter wereld voor dit doel gebruiken. Je kunt bijvoorbeeld nooit zeggen of een programma in een zich oneindig herhalende logische lus zal belanden of dat het zal kunnen eindigen - zonder eerst het programma te proberen, waardoor het risico bestaat dat het in een lus terechtkomt, enz. (dit wordt een stopprobleem genoemd). Het effect van deze onmogelijkheden in apparaten gebouwd na de Turing-machine was onder meer het bekende ‘blauwe scherm van de dood’ voor computergebruikers.

Cover van een boek over Alan Turing

Het fusieprobleem, zoals blijkt uit het in 1993 gepubliceerde werk van Java Ziegelman, kan worden opgelost door een computer die is gebaseerd op een neuraal netwerk, dat bestaat uit processors die met elkaar zijn verbonden op een manier die de structuur van de hersenen nabootst, met een rekenresultaat van de ene gaat naar de "invoer" naar de andere. Het concept van ‘hypercomputers’ is ontstaan, die de fundamentele mechanismen van het heelal gebruiken om berekeningen uit te voeren. Dit zouden – hoe exotisch het ook mag klinken – machines zijn die een oneindig aantal bewerkingen in een eindige tijd uitvoeren. Mike Stannett van de Britse Universiteit van Sheffield heeft bijvoorbeeld voorgesteld het elektron in het waterstofatoom te gebruiken, dat in theorie in een oneindig aantal toestanden kan bestaan. Zelfs kwantumcomputers verbleken in vergelijking met de stoutmoedigheid van deze concepten.

De afgelopen jaren zijn wetenschappers teruggekeerd naar de droom van een ‘orakel’ dat Turing zelf nooit heeft gebouwd of zelfs maar heeft geprobeerd. Emmett Redd en Stephen Younger, experts aan de Universiteit van Missouri, geloven dat het mogelijk is om een ​​‘super Turing-machine’ te creëren. Ze volgen hetzelfde pad dat de eerder genoemde Chava Ziegelman heeft gevolgd, waarbij ze neurale netwerken bouwen waarin bij de input-output, in plaats van nul-waarden, een heel spectrum van toestanden bestaat - van het signaal "volledig aan" tot "volledig uit" . Zoals Redd uitlegt in het julinummer van NewScientist: “tussen 2015 en 0 ligt oneindigheid.”

Mevrouw Siegelman voegde zich bij twee onderzoekers uit Missouri en samen begonnen ze de mogelijkheden van chaos te onderzoeken. Volgens populaire beschrijvingen suggereert de chaostheorie dat het klapperen van de vleugels van een vlinder op het ene halfrond een orkaan veroorzaakt op het andere halfrond. Wetenschappers die een super Turing-machine bouwen, hebben vrijwel hetzelfde in gedachten: een systeem waarin kleine veranderingen grote gevolgen hebben.

Tegen eind 2015 zouden, dankzij het werk van Ziegelman, Redd en Younger, twee prototype chaoscomputers gebouwd moeten zijn. Eén daarvan is een neuraal netwerk dat bestaat uit drie gewone elektronische componenten die met elkaar zijn verbonden door elf synaptische verbindingen. De tweede is een fotonisch apparaat dat licht, spiegels en lenzen gebruikt om elf neuronen en 3600 synapsen na te bootsen.

Veel wetenschappers zijn sceptisch over de mogelijkheid om een ​​‘super-Turing’ te bouwen. Voor anderen zou zo'n machine een fysieke reproductie zijn van de willekeur van de natuur. De alwetendheid van de natuur, het feit dat zij alle antwoorden kent, komt voort uit het feit dat zij de natuur is. Het systeem dat de natuur reproduceert, het universum, weet alles, is een orakel, omdat het hetzelfde is als alle anderen. Misschien is dit de weg naar kunstmatige superintelligentie, iets dat op adequate wijze de complexiteit en chaos van het menselijk brein nabootst. Turing zelf stelde ooit voor om radioactief radium in een computer te stoppen die hij had ontworpen om de resultaten van zijn berekeningen chaotisch en willekeurig te maken.

Maar zelfs als de prototypes van op chaos gebaseerde supermachines werken, blijft het probleem bestaan ​​hoe te bewijzen dat het werkelijk deze supermachines zijn. Wetenschappers hebben nog geen idee voor een geschikte screeningstest. Vanuit het oogpunt van een standaardcomputer die gebruikt zou kunnen worden om dit te testen, kunnen supermachines worden beschouwd als zogenaamde buggy's, dat wil zeggen systeemfouten. Vanuit menselijk oogpunt kan alles volkomen onbegrijpelijk en... chaotisch blijken te zijn.