Alan Turing. Oracle prevê do caos

Alan Turing sonhava em criar um "oráculo" capaz de responder a qualquer pergunta. Nem ele nem ninguém construiu tal máquina. No entanto, o modelo de computador que o brilhante matemático criou em 1936 pode ser considerado a matriz da era do computador - de calculadoras simples a supercomputadores poderosos.

A máquina construída por Turing é um dispositivo algorítmico simples, até primitivo comparado aos computadores e linguagens de programação atuais. E, no entanto, é forte o suficiente para permitir que até mesmo os algoritmos mais complexos sejam executados.

Alan Turing

Na definição clássica, uma máquina de Turing é descrita como um modelo abstrato de um computador usado para executar algoritmos, consistindo em uma fita infinitamente longa dividida em campos nos quais os dados são escritos. A fita pode ser infinita em um lado ou em ambos os lados. Cada campo pode estar em um dos N estados. A máquina está sempre localizada acima de um dos campos e está em um dos estados M. Dependendo da combinação de estado e campo da máquina, a máquina grava um novo valor no campo, altera o estado e pode mover um campo para a direita ou para a esquerda. Essa operação é chamada de ordem. Uma máquina de Turing é controlada por uma lista contendo qualquer número de tais instruções. Os números N e M podem ser qualquer coisa, desde que sejam finitos. A lista de instruções para uma máquina de Turing pode ser pensada como seu programa.

O modelo básico possui uma fita de entrada dividida em células (quadrados) e um cabeçote de fita que pode observar apenas uma célula por vez. Cada célula pode conter um caractere de um alfabeto finito de caracteres. Convencionalmente, considera-se que a sequência de símbolos de entrada é colocada na fita, começando pela esquerda, as células restantes (à direita dos símbolos de entrada) são preenchidas com um símbolo especial da fita.

Assim, uma máquina de Turing consiste nos seguintes elementos:

• uma cabeça móvel de leitura/gravação que pode se mover pela fita, movendo um quadrado de cada vez;
• um conjunto finito de estados;
• alfabeto de caracteres finais;
• uma faixa sem fim com quadrados marcados, cada um dos quais pode conter um caractere;
• um diagrama de transição de estado com instruções que causam mudanças em cada parada.

Hipercomputadores

A Máquina de Turing prova que qualquer computador que construímos terá limitações inevitáveis. Por exemplo, relacionado ao famoso teorema da incompletude de Gödel. Um matemático inglês provou que existem problemas que um computador não pode resolver, mesmo que usemos todos os petaflops computacionais do mundo para esse fim. Por exemplo, você nunca pode dizer se um programa entrará em um loop lógico de repetição infinita, ou se será capaz de terminar - sem primeiro tentar um programa que corre o risco de entrar em um loop, etc. (chamado de problema de parada). O efeito dessas impossibilidades em dispositivos construídos após a criação da máquina de Turing é, entre outras coisas, a conhecida “tela azul da morte” para usuários de computador.

Capa do livro Alan Turing

O problema da fusão, como mostra o trabalho de Java Siegelman, publicado em 1993, pode ser resolvido por um computador baseado em uma rede neural, que consiste em processadores conectados entre si de forma que mimetize a estrutura do cérebro, com um resultado computacional de um indo para "entrada" para outro. Surgiu o conceito de "hipercomputadores", que utilizam os mecanismos fundamentais do universo para realizar cálculos. Seriam - por mais exóticas que pareçam - máquinas que realizam um número infinito de operações em um tempo finito. Mike Stannett, da Universidade Britânica de Sheffield, propôs, por exemplo, o uso de um elétron em um átomo de hidrogênio, que em teoria pode existir em um número infinito de estados. Até os computadores quânticos empalidecem diante da audácia desses conceitos.

Nos últimos anos, os cientistas voltaram ao sonho de um "oráculo" que o próprio Turing nunca construiu ou sequer tentou. Emmett Redd e Stephen Younger, da Universidade de Missouri, acreditam que é possível criar uma "supermáquina de Turing". Eles seguem o mesmo caminho que o já mencionado Chava Siegelman fez, construindo redes neurais nas quais na entrada-saída, em vez de valores zero-um, há toda uma gama de estados - do sinal “totalmente ligado” ao “totalmente desligado” . Como Redd explica na edição de julho de 2015 da NewScientist, “entre 0 e 1 está o infinito”.

A Sra. Siegelman juntou-se aos dois pesquisadores do Missouri, e juntos eles começaram a explorar as possibilidades do caos. De acordo com a descrição popular, a teoria do caos sugere que o bater das asas de uma borboleta em um hemisfério causa um furacão no outro. Os cientistas que constroem a supermáquina de Turing têm praticamente o mesmo em mente - um sistema no qual pequenas mudanças têm grandes consequências.

Até o final de 2015, graças ao trabalho de Siegelman, Redd e Younger, dois protótipos de computadores baseados no caos devem ser construídos. Uma delas é uma rede neural composta por três componentes eletrônicos convencionais conectados por onze conexões sinápticas. O segundo é um dispositivo fotônico que usa luz, espelhos e lentes para recriar onze neurônios e 3600 sinapses.

Muitos cientistas estão céticos de que construir um "super-Turing" seja realista. Para outros, tal máquina seria uma recriação física da aleatoriedade da natureza. A onisciência da natureza, o fato de ela saber todas as respostas, vem do fato de ela ser natureza. O sistema que reproduz a natureza, o Universo, sabe tudo, é um oráculo, porque é igual a todos os outros. Talvez este seja o caminho para uma superinteligência artificial, para algo que recrie adequadamente a complexidade e o trabalho caótico do cérebro humano. O próprio Turing uma vez sugeriu colocar rádio radioativo em um computador que ele havia projetado para tornar os resultados de seus cálculos caóticos e aleatórios.

No entanto, mesmo que os protótipos de supermáquinas baseadas no caos funcionem, o problema permanece como provar que elas realmente são essas supermáquinas. Os cientistas ainda não têm uma ideia para um teste de triagem adequado. Do ponto de vista de um computador padrão que poderia ser usado para verificar isso, as supermáquinas podem ser consideradas como errôneas, ou seja, erros de sistema. Do ponto de vista humano, tudo pode ser completamente incompreensível e... caótico.