Alan Turing. Oracle predice dal caos

Alan Turing sognava di creare un "oracolo" capace di rispondere a qualsiasi domanda. Né lui né nessun altro ha costruito una macchina del genere. Tuttavia, il modello di computer ideato dal brillante matematico nel 1936 può essere considerato la matrice dell'era dei computer: dalle semplici calcolatrici ai potenti supercomputer.

La macchina costruita da Turing è un semplice dispositivo algoritmico, addirittura primitivo rispetto ai computer e ai linguaggi di programmazione odierni. Eppure è abbastanza forte da consentire l'esecuzione anche degli algoritmi più complessi.

Alan Turing

Nella definizione classica, una macchina di Turing è descritta come un modello astratto di un computer utilizzato per eseguire algoritmi, costituito da un nastro infinitamente lungo diviso in campi in cui vengono scritti i dati. Il nastro può essere infinito su un lato o su entrambi i lati. Ogni campo può trovarsi in uno di N stati. La macchina si trova sempre sopra uno dei campi ed è in uno degli stati M. A seconda della combinazione di stato macchina e campo, la macchina scrive un nuovo valore nel campo, cambia lo stato e quindi può spostare un campo a destra oa sinistra. Questa operazione è chiamata ordine. Una macchina di Turing è controllata da un elenco contenente un numero qualsiasi di tali istruzioni. I numeri N e M possono essere qualsiasi cosa, purché finiti. L'elenco delle istruzioni per una macchina di Turing può essere considerato come il suo programma.

Il modello base ha un nastro di input diviso in celle (quadrati) e una testina che può osservare solo una cella alla volta. Ogni cella può contenere un carattere di un alfabeto finito di caratteri. Convenzionalmente, si considera che la sequenza di simboli di input sia posizionata sul nastro, partendo da sinistra, le celle rimanenti (a destra dei simboli di input) sono riempite con un simbolo speciale del nastro.

Pertanto, una macchina di Turing è composta dai seguenti elementi:

• una testina di lettura/scrittura mobile che può muoversi sul nastro, spostandosi di un quadrato alla volta;
• un insieme finito di stati;
• alfabeto dei caratteri finali;
• una striscia infinita con quadrati marcati, ognuno dei quali può contenere un carattere;
• un diagramma di transizione di stato con istruzioni che causano cambiamenti ad ogni fermata.

Ipercomputer

La macchina di Turing dimostra che qualsiasi computer che costruiamo avrà dei limiti inevitabili. Ad esempio, relativo al famoso teorema di incompletezza di Gödel. Un matematico inglese ha dimostrato che ci sono problemi che un computer non può risolvere, anche se usiamo tutti i petaflop computazionali del mondo per questo scopo. Ad esempio, non puoi mai dire se un programma entrerà in un ciclo logico che si ripete all'infinito, o se sarà in grado di terminare, senza prima provare un programma che rischia di entrare in un ciclo, ecc. (chiamato problema di arresto). L'effetto di queste impossibilità nei dispositivi costruiti dopo la creazione della macchina di Turing è, tra le altre cose, la familiare "schermata blu della morte" per gli utenti di computer.

Copertina del libro di Alan Turing

Il problema della fusione, come mostrato dal lavoro di Java Siegelman, pubblicato nel 1993, può essere risolto da un computer basato su una rete neurale, che consiste di processori collegati tra loro in modo da imitare la struttura del cervello, con un risultato di calcolo da uno che va a "input" a un altro. È emerso il concetto di "ipercomputer", che utilizzano i meccanismi fondamentali dell'universo per eseguire calcoli. Queste sarebbero - per quanto esotiche possano sembrare - macchine che eseguono un numero infinito di operazioni in un tempo finito. Mike Stannett della British University of Sheffield ha proposto, ad esempio, l'uso di un elettrone in un atomo di idrogeno, che in teoria può esistere in un numero infinito di stati. Anche i computer quantistici impallidiscono in confronto all'audacia di questi concetti.

Negli ultimi anni, gli scienziati sono tornati al sogno di un "oracolo" che lo stesso Turing non ha mai costruito e nemmeno provato. Emmett Redd e Steven Younger dell'Università del Missouri credono che sia possibile creare una "supermacchina di Turing". Seguono lo stesso percorso intrapreso dalla già citata Chava Siegelman, costruendo reti neurali in cui all'ingresso-uscita, invece dei valori zero-uno, c'è un'intera gamma di stati - dal segnale "completamente acceso" a "completamente spento" . Come spiega Redd nel numero di luglio 2015 di NewScientist, "tra 0 e 1 si trova l'infinito".

La signora Siegelman si unì a due ricercatori del Missouri e insieme iniziarono a esplorare le possibilità del caos. Secondo la descrizione popolare, la teoria del caos suggerisce che il battito d'ali di una farfalla in un emisfero provoca un uragano nell'altro. Gli scienziati che costruiscono la supermacchina di Turing hanno in mente più o meno la stessa cosa: un sistema in cui piccoli cambiamenti hanno grandi conseguenze.

Entro la fine del 2015, grazie al lavoro di Siegelman, Redd e Younger, dovrebbero essere costruiti due prototipi di computer basati sul caos. Uno di questi è una rete neurale composta da tre componenti elettronici convenzionali collegati da undici connessioni sinaptiche. Il secondo è un dispositivo fotonico che utilizza luce, specchi e lenti per ricreare undici neuroni e 3600 sinapsi.

Molti scienziati sono scettici sul fatto che costruire un "super-Turing" sia realistico. Per altri, una macchina del genere sarebbe una ricreazione fisica della casualità della natura. L'onniscienza della natura, il fatto che lei conosca tutte le risposte, deriva dal suo essere natura. Il sistema che riproduce la natura, l'Universo, sa tutto, è un oracolo, perché è uguale a tutti gli altri. Forse questo è il percorso verso una superintelligenza artificiale, verso qualcosa che ricrea adeguatamente la complessità e il lavoro caotico del cervello umano. Lo stesso Turing una volta suggerì di mettere il radio radioattivo in un computer che aveva progettato per rendere i risultati dei suoi calcoli caotici e casuali.

Tuttavia, anche se i prototipi di supermacchine basate sul caos funzionano, il problema rimane come dimostrare che sono davvero queste supermacchine. Gli scienziati non hanno ancora un'idea per un test di screening adeguato. Dal punto di vista di un computer standard che potrebbe essere utilizzato per verificarlo, le supermacchine possono essere considerate delle cosiddette errate, cioè errori di sistema. Da un punto di vista umano, tutto può essere del tutto incomprensibile e... caotico.