Alan Turing. Oracle prognostiziert Chaos

Alan Turing träumte davon, ein „Orakel“ zu erschaffen, das jede Frage beantworten konnte. Weder er noch sonst jemand hat eine solche Maschine gebaut. Das Computermodell, das der brillante Mathematiker 1936 entwickelte, kann jedoch als Matrix des Computerzeitalters betrachtet werden – von einfachen Taschenrechnern bis hin zu leistungsstarken Supercomputern.

Die von Turing gebaute Maschine ist ein einfaches algorithmisches Gerät, im Vergleich zu heutigen Computern und Programmiersprachen sogar primitiv. Und doch ist es stark genug, um die Ausführung selbst der komplexesten Algorithmen zu ermöglichen.

Alan Turing

In der klassischen Definition wird eine Turing-Maschine als abstraktes Modell eines Computers beschrieben, der zur Ausführung von Algorithmen verwendet wird und aus einem unendlich langen Band besteht, das in Felder unterteilt ist, in die Daten geschrieben werden. Das Band kann einseitig oder beidseitig endlos sein. Jedes Feld kann einen von N Zuständen haben. Die Maschine steht immer über einem der Felder und befindet sich in einem der M-Zustände. Abhängig von der Kombination aus Maschinenstatus und Feld schreibt die Maschine einen neuen Wert in das Feld, ändert den Status und verschiebt dann möglicherweise ein Feld nach rechts oder links. Dieser Vorgang wird als Bestellung bezeichnet. Eine Turingmaschine wird durch eine Liste gesteuert, die eine beliebige Anzahl solcher Anweisungen enthält. Die Zahlen N und M können alles sein, solange sie endlich sind. Die Liste der Anweisungen für eine Turing-Maschine kann man sich als deren Programm vorstellen.

Das Grundmodell verfügt über ein in Zellen (Quadrate) unterteiltes Eingabeband und einen Bandkopf, der jeweils nur eine Zelle beobachten kann. Jede Zelle kann ein Zeichen aus einem endlichen Zeichenalphabet enthalten. Herkömmlicherweise wird davon ausgegangen, dass die Folge von Eingabesymbolen auf dem Band platziert wird, beginnend von links, die verbleibenden Zellen (rechts von den Eingabesymbolen) werden mit einem speziellen Symbol des Bandes gefüllt.

Somit besteht eine Turingmaschine aus folgenden Elementen:

• ein beweglicher Lese-/Schreibkopf, der sich quadratisch über das Band bewegen kann;
• eine endliche Menge von Zuständen;
• letztes Zeichenalphabet;
• ein endloser Streifen mit markierten Quadraten, die jeweils ein Zeichen enthalten können;
• ein Zustandsübergangsdiagramm mit Anweisungen, die bei jedem Stopp Änderungen bewirken.

Hypercomputer

Die Turing-Maschine beweist, dass jeder Computer, den wir bauen, zwangsläufig Einschränkungen aufweist. Zum Beispiel im Zusammenhang mit dem berühmten Gödel-Unvollständigkeitssatz. Ein englischer Mathematiker hat bewiesen, dass es Probleme gibt, die ein Computer nicht lösen kann, selbst wenn wir zu diesem Zweck alle Rechen-Petaflops der Welt nutzen. Beispielsweise kann man nie sagen, ob ein Programm in eine sich unendlich wiederholende logische Schleife gerät oder ob es beendet werden kann – ohne vorher ein Programm auszuprobieren, bei dem das Risiko besteht, in eine Schleife usw. zu geraten (sogenanntes Stoppproblem). Die Auswirkung dieser Unmöglichkeiten bei Geräten, die nach der Entwicklung der Turing-Maschine gebaut wurden, ist unter anderem der für Computerbenutzer bekannte „Blue Screen of Death“.

Buchcover von Alan Turing

Das Fusionsproblem kann, wie die 1993 veröffentlichte Arbeit von Java Siegelman zeigt, durch einen Computer gelöst werden, der auf einem neuronalen Netzwerk basiert, das aus Prozessoren besteht, die auf eine Weise miteinander verbunden sind, die die Struktur des Gehirns nachahmt, mit a Rechenergebnis von einem, der zu einem anderen „eingibt“. Es ist das Konzept der „Hypercomputer“ entstanden, die die grundlegenden Mechanismen des Universums nutzen, um Berechnungen durchzuführen. Dabei handelt es sich – so exotisch es auch klingen mag – um Maschinen, die in endlicher Zeit unendlich viele Operationen ausführen. Mike Stannett von der britischen University of Sheffield schlug beispielsweise die Verwendung eines Elektrons in einem Wasserstoffatom vor, das theoretisch in unendlich vielen Zuständen existieren kann. Selbst Quantencomputer verblassen im Vergleich zur Kühnheit dieser Konzepte.

In den letzten Jahren kehren Wissenschaftler zu dem Traum eines „Orakels“ zurück, das Turing selbst nie gebaut oder auch nur versucht hat. Emmett Redd und Steven Younger von der University of Missouri glauben, dass es möglich ist, eine „Turing-Supermaschine“ zu bauen. Sie folgen dem gleichen Weg wie der oben erwähnte Chava Siegelman und bauen neuronale Netze auf, in denen am Eingang-Ausgang anstelle von Null-Eins-Werten eine ganze Reihe von Zuständen vorliegen – vom Signal „vollständig an“ bis „vollständig aus“. . Wie Redd in der NewScientist-Ausgabe vom Juli 2015 erklärt: „Zwischen 0 und 1 liegt die Unendlichkeit.“

Frau Siegelman schloss sich zwei Forschern aus Missouri an und gemeinsam begannen sie, die Möglichkeiten des Chaos zu erforschen. Der populären Beschreibung zufolge geht die Chaostheorie davon aus, dass der Flügelschlag eines Schmetterlings in einer Hemisphäre einen Hurrikan in der anderen Hemisphäre auslöst. Die Wissenschaftler, die Turings Supermaschine bauen, haben fast das Gleiche im Sinn – ein System, in dem kleine Änderungen große Konsequenzen haben.

Bis Ende 2015 sollen dank der Arbeit von Siegelman, Redd und Younger zwei Prototypen chaosbasierter Computer gebaut werden. Eines davon ist ein neuronales Netzwerk, das aus drei herkömmlichen elektronischen Komponenten besteht, die über elf synaptische Verbindungen verbunden sind. Das zweite ist ein photonisches Gerät, das Licht, Spiegel und Linsen nutzt, um elf Neuronen und 3600 Synapsen nachzubilden.

Viele Wissenschaftler sind skeptisch, ob der Bau eines „Super-Turings“ realistisch ist. Für andere wäre eine solche Maschine eine physische Nachbildung der Zufälligkeit der Natur. Die Allwissenheit der Natur, die Tatsache, dass sie alle Antworten kennt, beruht auf der Tatsache, dass sie Natur ist. Das System, das die Natur reproduziert, das Universum, weiß alles, ist ein Orakel, weil es dasselbe ist wie alle anderen. Vielleicht ist dies der Weg zu einer künstlichen Superintelligenz, zu etwas, das die Komplexität und chaotische Arbeit des menschlichen Gehirns angemessen nachbildet. Turing selbst schlug einmal vor, radioaktives Radium in einen von ihm entwickelten Computer einzubauen, um die Ergebnisse seiner Berechnungen chaotisch und zufällig zu machen.

Doch selbst wenn Prototypen chaosbasierter Supermaschinen funktionieren, bleibt das Problem, wie man beweisen kann, dass es sich tatsächlich um diese Supermaschinen handelt. Wissenschaftler haben noch keine Idee für einen geeigneten Screening-Test. Aus der Sicht eines Standardcomputers, mit dem dies überprüft werden könnte, können Supermaschinen als sogenannte fehlerhafte, also Systemfehler, angesehen werden. Aus menschlicher Sicht kann alles völlig unverständlich und ... chaotisch sein.