Alan Turing. Oracle förutspår från kaos

Alan Turing drömde om att skapa ett "orakel" som kunde svara på alla frågor. Varken han eller någon annan byggde en sådan maskin. Datormodellen, som uppfanns av en briljant matematiker 1936, kan dock betraktas som datorålderns matris – från enkla miniräknare till kraftfulla superdatorer.

Maskinen som Turing byggde är en enkel algoritmisk enhet, till och med primitiv jämfört med dagens datorer och programmeringsspråk. Och ändå är den tillräckligt kraftfull för att även de mest komplexa algoritmerna ska kunna exekveras.

Alan Turing

Den klassiska definitionen beskriver en Turing-maskin som en abstrakt modell av en dator som används för att exekvera algoritmer, bestående av ett oändligt långt band uppdelat i fält där data spelas in. Tejpen kan vara oändlig på ena sidan eller på båda sidor. Varje fält kan vara i ett av N tillstånd. Maskinen är alltid placerad ovanför ett av fälten och befinner sig i ett av M-tillstånden. Beroende på kombinationen av maskintillstånd och fält, skriver maskinen ett nytt värde till fältet, ändrar tillstånd och kan sedan flytta ett fält åt höger eller vänster. Denna operation kallas en order. En Turing-maskin styrs av en lista som innehåller valfritt antal sådana instruktioner. Talen N och M kan vara vilka som helst, så länge de är ändliga. Listan med instruktioner för en Turing-maskin kan ses som dess program.

Grundmodellen har ett inmatningsband uppdelat i celler (fyrkanter) och ett bandhuvud som bara kan observera en cell åt gången. Varje cell kan innehålla ett tecken från ett ändligt alfabet av tecken. Konventionellt anses det att sekvensen av inmatningssymboler placeras på bandet, med början från vänster, de återstående cellerna (till höger om inmatningssymbolerna) är fyllda med en speciell bandsymbol.

Således består en Turing-maskin av följande element:

• ett rörligt läs-/skrivhuvud som kan röra sig över bandet, flytta en ruta i taget;
• ändlig uppsättning tillstånd;
• ändligt alfabet av symboler;
• en ändlös remsa med markerade rutor, som var och en kan innehålla en symbol;
• tillståndsövergångsdiagram med instruktioner som orsakar förändringar vid varje stopp.

Hyperdatorer

Turing-maskinen bevisar att alla datorer vi bygger kommer att ha oundvikliga begränsningar. Till exempel relaterad till Gödels berömda ofullständighetsteorem. Den engelske matematikern bevisade att det finns problem som en dator inte kan lösa, även om vi använder alla datoriserade petaflops i världen för detta ändamål. Du kan till exempel aldrig avgöra om ett program kommer att hamna i en oändligt upprepad logikslinga eller om det kommer att kunna avslutas – utan att först prova programmet, vilket riskerar att hamna i en loop etc. (kallat stoppproblem). Effekten av dessa omöjligheter i enheter byggda efter Turing-maskinen var bland annat den välbekanta "blue screen of death" för datoranvändare.

Omslag till en bok om Alan Turing

Fusionsproblemet, som visas av Java Ziegelmans arbete publicerat 1993, kan lösas av en dator baserad på ett neuralt nätverk, som består av processorer kopplade till varandra på ett sätt som efterliknar hjärnans struktur, med ett beräkningsresultat från en går till "ingången" till en annan. Begreppet "hyperdatorer" har dykt upp, som använder universums grundläggande mekanismer för att utföra beräkningar. Dessa skulle vara - hur exotiska det än låter - maskiner som utför ett oändligt antal operationer under en begränsad tid. Mike Stannett från British University of Sheffield har till exempel föreslagit att använda elektronen i väteatomen, som i teorin kan existera i ett oändligt antal tillstånd. Även kvantdatorer bleknar i jämförelse med dessa koncepts djärvhet.

Under de senaste åren har forskare återvänt till drömmen om ett "orakel" som Turing själv aldrig byggt eller ens försökt. Emmett Redd och Stephen Younger, experter vid University of Missouri, tror att det är möjligt att skapa en "super Turing-maskin." De följer samma väg som den tidigare nämnda Chava Ziegelman tog, och bygger neurala nätverk där det vid input-output, istället för noll-ett-värden, finns ett helt spektrum av tillstånd - från signalen "helt på" till "helt av" . Som Redd förklarar i julinumret 2015 av NewScientist, "mellan 0 och 1 ligger oändligheten."

Mrs Siegelman gick med två forskare från Missouri, och tillsammans började de utforska möjligheterna med kaos. Enligt populära beskrivningar tyder kaosteorin på att flaxandet av en fjärils vingar på ena halvklotet orsakar en orkan i den andra. Forskare som bygger en super Turing-maskin har ungefär samma sak i åtanke – ett system där små förändringar får stora konsekvenser.

I slutet av 2015, tack vare Ziegelman, Redd och Youngers arbete, borde två prototypkaosdatorer byggas. En av dem är ett neuralt nätverk bestående av tre vanliga elektroniska komponenter sammankopplade med elva synaptiska förbindelser. Den andra är en fotonisk enhet som använder ljus, speglar och linser för att återskapa elva neuroner och 3600 XNUMX synapser.

Många forskare är skeptiska till att det är möjligt att bygga en "super-Turing". För andra skulle en sådan maskin vara en fysisk rekreation av naturens slumpmässighet. Naturens allvetande, det faktum att den kan alla svaren, kommer av att den är naturen. Systemet som reproducerar naturen, universum, vet allt, är ett orakel, eftersom det är detsamma som alla andra. Kanske är detta vägen till artificiell superintelligens, något som på ett adekvat sätt återskapar komplexiteten och kaoset i den mänskliga hjärnan. Turing själv föreslog en gång att sätta radioaktivt radium i en dator som han designade för att göra resultaten av sina beräkningar kaotiska och slumpmässiga.

Men även om prototypen kaosbaserade supermaskiner fungerar, kvarstår problemet med hur man bevisar att de verkligen är dessa supermaskiner. Forskare har ännu inte en idé om ett lämpligt screeningtest. Ur en standarddators synvinkel som skulle kunna användas för att testa detta kan supermaskiner anses vara så kallade buggy, det vill säga systemfel. Ur mänsklig synvinkel kan allt visa sig vara helt obegripligt och... kaotiskt.