Alan Turing y la informática moderna

Alan Turing fue un brillante matemático, criptoanalista e informático teórico, además de mataronista y corredor de fondo. Nació el 23 de junio de 1912 y falleció el 7 de junio de 1954 a los 41 años. En este artículo repasamos algunos aspectos de su vida y su contribución a las ciencias de la computación.

Su vida

Alan Mathison Turing nació el 23 de junio de 1912 en Maida Vale, al oeste de Londres. Desde niño, mostraba interés por los números y los rompecabezas, pero también en la lectura, y a los 8 años construyó un pequeño laboratorio de química en su casa.

Durante su época de estudiante, Turing destacaba por su inteligencia y aptitudes para las matemáticas, ganando la mayoría de premios en esta materia y, con tan solo 16 años, ya entendía las bases del trabajo de Albert Einstein y resolvía problemas muy avanzados para su edad aun sin haber estudiado cálculo elemental.

En 1926 ingresó al internado de Sherborne. Allí conoció a un compañero de estudios llamado Christopher Morcom. Ambos compartían un gran interés por la ciencia, intercambiando notas durante las clases. Fue el primer amor de Alan y la primera persona la cuál creyó en sus ideas y con quién podía continuar desarrollándolas. Sin embargo, aquel chico fallecería el 13 de febrero de 1930 debido a complicaciones de la tuberculosis bovina.

Mis recuerdos más vívidos de Chris son casi siempre de las cosas tan amables que me decía.

Alan Turing

La muerte de Christopher Morcom marcó a Turing, haciendo que se vuelva ateo, y adoptando la convicción de que todos los fenómenos, incluyendo el funcionamiento del cerebro humano, son materialistas.

A pesar de su inteligencia, la inclinación de Turing por las matemáticas no le hizo ganar la simpatía de sus profesores, cuyo método de enseñanza ponía más énfasis en el estudio de los clásicos, algo a lo que Turing no dedicaba tanto esfuerzo. A causa de esto, Turing reprobó sus exámenes finales y no logró ingresar al Trinity College, en Cambridge (su primera opción de estudios). Su segunda opción fue el Kings College, también en Cambridge, en donde ingresó y luego, tras solo 4 años, ya era profesor.

Tras su graduación, se trasladó a la Universidad de Princeton, en Estados Unidos.

En 1936 publica un estudio titulado Sobre los números computables, en donde establece las bases teóricas de un cerebro electrónico capaz de ejecutar todas las operaciones matemáticas resolubles, lo que dio origen al concepto de computadora tal como lo conocemos hoy en día. A su vez, crea el concepto de «máquina de Turing», una máquina hipotética que produce un resultado de salida a partir de unos datos de entrada y un conjunto de instrucciones, creando la definición de algoritmo.

A los 27 años es reclutado por el Servicio de Inteligencia británico para integrarse al equipo que buscaba descifrar los mensajes codificados de los nazis. Allí logra descifrar los códigos de la máquina Enigma, que era la encargada de codificar los mensajes nazis, construyendo su propia máquina, llamada Bombe.

En 1950 escribe su artículo Máquinas de computación e inteligencia, en donde expone el concepto de «prueba de Turing», que busca determinar si una máquina puede o no ser considerada inteligente.

A lo largo de su vida, Alan Turing no solo fue un brillante científico, sino que además tuvo dotes para el atletismo. Recorrió alrededor de 90 kilómetros en bicicleta durante la huelga general de 1926 para poder ir a la escuela. Su mejor tiempo en maratón fue de 2 horas y 4 minutos.

Alan Turing en una carrera, en 1946

Tras sus numerosas contribuciones, la vida de Alan Turing tuvo un triste final. Falleció el 7 de junio de 1954, pocos días antes de cumplir 42 años, y dos años después de recibir una condena por ser homosexual (algo considerado un delito por aquel entonces). La causa de su muerte fue envenenamiento por cianuro. La versión oficial indica que se trató de un suicidio, pero otras versiones señalan un posible asesinato.

Su contribución

Alan Turing es considerado uno de los padres de la ciencia de la computación y precursor de la informática moderna. Aquí sus principales contribuciones en este campo:

Informática y algoritmos: La máquina de Turing

Representación artística de una máquina de Turing

La máquina de Turing no es una máquina real, es más un modelo teórico (el primero o uno de los primeros) de una computadora capaz de realizar cualquier tarea que pueda resolverse mediante una secuencia finita y ordenada de pasos, dando origen al concepto de algoritmo.

En computación, un algoritmo es una secuencia de pasos que ejecutan una tarea concreta y producen un resultado. El ejemplo de comparación típico es, por ejemplo, una receta de cocina: Teniendo un cierto conjunto inicial de elementos (los ingredientes), seguimos un conjunto de pasos o instrucciones (las instrucciones de preparación) y obtenemos un resultado final (el platillo que queríamos preparar).

En su forma más sencilla, una máquina de Turing se puede entender como una máquina hipotética que recibe una cierta información de entrada [input] y, siguiendo un cierto número finito de instrucciones que la procesan, produce una cierta información de salida [output] como producto de dicha ejecución. Esta es la típica secuencia de «entrada-proceso-salida» de las computadoras actuales.

Dicho de una manera más formal, una máquina de Turing modela matemáticamente una computadora que trabaja sobre una cinta. Consta de estos elementos:

  • Una cinta, dividida en celdas, y donde cada celda puede contener un símbolo de un determinado alfabeto. La cinta es ilimitada, permitiendo a la máquina utilizar tanta cinta como necesite.
  • Un cabezal, que puede leer información de la cinta o escribir en ella. El cabezal solo puede leer o escribir una celda a la vez, y tras leer una celda, la cinta puede moverse hacia adelante, hacia atrás, o quedarse en su misma posición.
  • Un registro de estado, que indica siempre el estado actual de la máquina de Turing.
  • Una tabla de transiciones, que contiene instrucciones de cambio de estado en función al estado actual de la máquina (el contenido del registro de estado) y el símbolo que esta lee desde la cinta. Básicamente, en cada instrucción, si el estado actual es X y el símbolo que leo ahora en la cinta es Y, la máquina lo siguiente:
    1. Escribe el símbolo Z en la cinta (remplaza en la celda leída el valor original Y por el nuevo valor Z)
    2. Mueve el cabezal a la celda anterior, a la siguiente, o lo deja en la misma celda
    3. Pasa al estado W (guarda el nuevo estado W de la máquina en el registro de estado)

A una máquina de Turing que puede simular el funcionamiento de otra máquina de Turing se le llama máquina de Turing universal.

Se puede demostrar que es posible construir una máquina especial de este tipo que pueda realizar el trabajo de todas las demás. Esta máquina especial puede ser denominada máquina universal.

Alan Turing

Inteligencia artificial: La prueba de Turing

Prueba de Turing

¿Llegarán las computadoras a pensar algún día? O dicho de otro modo, ¿llegará algún día la inteligencia artificial a ser tan avanzada que no pueda distinguirse de la inteligencia humana? Turing ideó, en 1950, un experimento que determinaría cuándo una inteligencia artificial «pensara» como lo hace un humano: En una sala cerrada, un interrogador humano haría preguntas a dos «sujetos» de prueba, siendo uno de ellos un humano y el otro una máquina. ¿Qué pasaría entonces si el interrogador hace una pregunta a ambos y, al analizar las respuestas de cada uno, no tenga cómo diferenciar quién es el humano y quién es la máquina? Una máquina que logre confundir así al interrogador habrá entonces pasado la prueba y considerarse inteligente.

Una computadora puede ser llamada «inteligente» si logra engañar a una persona haciéndole creer que es un humano.

Alan Turing

La idea de esta prueba tiene su origen en el «juego de imitación». Aquí, los interrogados son un varón y una mujer, y ambos intentan convencer al interrogador de que ambos son la mujer, mientras que el interrogador intenta descubrir quién es la mujer y quién el varón. Turing tomó la idea de este juego y creó su propia variante, remplazando la mujer por una máquina y cambiando el objetivo del juego a reconocer quién es la máquina.

Turing incluso postuló que sería más fácil que, para crear una computadora pensante, en lugar de simular una mente artificial adulta sería mejor simular una mente artificial infantil que pueda después «aprender». Este es un concepto que de hecho aplicamos hoy a las herramientas de inteligencia artificial basadas en entrenamiento y aprendizaje, como las redes neuronales.

Según la predicción del mismo Alan Turing, una computadora sería capaz de pasar la prueba para el año 2000. Se considerará que la computadora pasó la prueba si logra convencer al 30% de los jueces encargados de evaluarla de que es un humano, tras una conversación de 5 minutos. Desde ese entonces, y después de más de 60 años, un grupo de jueces se dedica a evaluar los numerosos intentos de diversos programas y computadoras de superar la prueba de Turing.

¿La prueba de Turing, superada?

El 7 de junio de 2014, en un concurso con motivo del 60 aniversario de la muerte de Turing, una computadora habría logrado superar por primera vez la prueba de Turing: Un chatbot (un programa diseñado para tener conversaciones en línea) creado por Vladimir Veselov, Eugene Demchenko y Sergey Ulasen logró convencer al 33% de los jueces que estaban participando en la prueba de que estaban chateando con un niño ucraniano de 13 años llamado Eugene Goostman. Al ser el porcentaje de jueces «engañados» mayor al impuesto por el propio Alan Turing, el organizador del evento Kevin Warwick consideró que Eugene «pasó» la prueba de Turing.

Eugene Goostman es retratado como un niño de 13 años de edad, de Odessa, Ucrania, que tiene como mascota un conejillo de indias y un padre que es un ginecólogo. Veselov declaró que Goostman fue diseñado para ser un «personaje con una personalidad creíble». La elección de la edad fue intencional, en opinión de Veselov, como un niño de trece años de edad, «no es demasiado viejo para saber todo y no demasiado joven para saber nada». La corta edad de Goostman también induce a la gente que «dialoga» con él para perdonarle los errores gramaticales menores en sus respuestas.

El logro de Eugene Gootsman, sin embargo, trajo opiniones divididas. Mientras algunos celebran emocionados el logro de Eugene y sus creadores, otros critican el hecho de que un chatbot está diseñado «para conversar, pero no para pensar», por lo que consideran que realmente no se ha superado la prueba de Turing.

Análisis criptográfico

Enigma, la máquina de cifrado de mensajes usada por los nazis durante la Segunda Guerra Mundial. Cada vez que se pulsaba una letra, Enigma la remplazaba por otra haciendo uso de más de 10 mil billones de combinaciones distintas [Foto: Everett Historical, Shutterstock]

La criptografía estudia métodos para hacer que un mensaje dado no pueda ser reconocido a ojos de extraños y solo pueda ser leído por el receptor (que debe conocer un método para descifrar el mensaje oculto). El análisis criptográfico, por su parte, estudia los métodos criptográficos utilizados para ocultar un mensaje y descifrarlo.

Los nazis usaron una máquina llamada Enigma durante la Segunda Guerra Mundial para enviar mensajes cifrados (codificados). Alan Turing fue convocado a las instalaciones militares de Bletchley Park, donde se encontraba el Servicio Británico de Descifrado, para trabajar en el descifrado de estos mensajes. Como Enigma utilizaba un sistema de rotores para cifrar los mensajes, era necesario conocer la configuración inicial de estos rotores para descifrar los mensajes. Al principio, esta tarea se intentaba llevar a cabo de forma manual; pero luego tuvo la idea de idear una máquina que pueda determinar la configuración:

¿Y si para luchar contra una máquina como Enigma hiciese falta otra máquina?

Alan Turing

Con esta idea en mente, Turing inventó Bombe, una máquina que buscaba configuraciones de los rotores de Enigma y, así, servía para descifrar los mensajes enemigos. A partir de 1920, entonces, se produjeron máquinas Bombe en serie.

Pero los nazis no tenían una sola máquina Enigma sino varias, cada una con configuraciones diferentes. Turing, buscando una solución, ideó un método de análisis criptográfico llamado Bamburismo para descifrar los mensajes de la Enigma naval (utilizada en los submarinos del Atlántico y considerara la más difícil de descifrar). Y, en un golpe de suerte, un submarino nazi hundido proporcionó a los Aliados una máquina Enigma y códigos de cifrado para tres meses, los mismos que se pasaron a las máquinas Bombe. Gracias a esto, se calcula que aproximadamente un 30% de los convoyes con suministros para los Aliados lograron llegar a su destino.

Condenado por «indecencia grave»

Alan Turing era homosexual, algo considerado ilegal en el Reino Unido de los años 50. En 1952, Arnold Murray, un amante de Turing, ayudó a un cómplice a entrar en la casa de Turing para robarle. Turing acudió a la policía a denunciar el delito. Durante la investigación policial Turing reconoció su homosexualidad.

Por esto, fue acusado de «indecencia grave y perversión sexual». Sin embargo, no se defendió de los cargos, al considerar que no tenía por qué disculparse, siendo condenado. Se le dio dos opciones: Una era la cárcel, y la otra someterse a un tratamiento de castración química a base de estrógenos. Eligió la segunda, lo cual le trajo efectos secundarios como la aparición de pechos o el aumento de peso, lo que a su vez le provocó disfunción eréctil.

Pero lo que sí le preocupaba a Alan Turing era pensar que la hostilidad por causa de su homosexualidad opacara sus ideas y estudios sobre la inteligencia artificial. Y así lo hizo notar en una carta enviada a su amigo Norman Routledge:

Turing cree que las máquinas piensan.
Turing se acuesta con hombres.
Luego, las máquinas no piensan.

Alan Turing

Dos años después de ser condenado, Alan Turing fue encontrado muerto en su casa, con rastros de haber ingerido cianuro. La investigación concluyó que se habría tratado de un suicidio, pero su madre sostuvo hasta el final que fue un «envenenamiento accidental» debido a la falta de precauciones en el manejo del cianuro.

Años más tarde, el Gobierno Británico hizo una disculpa pública a título póstumo a través de su primer ministro, Gordon Brown el 10 de setiembre del 2009 por haber procesado y perseguido a Alan Turing por su homosexualidad. Sin embargo, en 2012 el gobierno británico de David Cameron denegó el indulto al científico,​ aduciendo que la homosexualidad era considerada por aquel entonces un delito y, bajo ese contexto, Turing fue «correctamente apresado», por mucho que hoy pueda parecer trágico o injusto.

Un perdón póstumo no fue considerado apropiado, debido a que Alan Turing fue correctamente apresado por lo que en ese tiempo era una ofensa criminal. Él habría sabido que esta ofensa estaba en contra de la ley y que él sería perseguido.

Es trágico que Alan Turing fuera apresado por una ofensa que hoy se ve tanto cruel como absurda, algo particularmente patético dada su destacada contribución al esfuerzo de la guerra. Sin embargo, la ley de ese momento requería un juicio, y como tal, la política de largo plazo ha sido aceptar que tales detenciones ocurrieron, y en lugar de tratar de alterar el contexto histórico y arreglar ahora lo que no puede ser arreglado, nos aseguramos de que en el futuro nunca volvamos a esos tiempos

Lord Tom McNally, miembro de la Cámara de Lores en el gobierno británico en el 2012

Finalmente, El 24 de diciembre de 2013, la reina Isabel II promulgó el edicto por el que se exoneró oficialmente a Alan Turing, quedando anulados todos los cargos en su contra. Un indulto que para algunos puede ser tardío o injusto; pero que no deja de ser un reconocimiento para alguien que no solo hizo una importante contribución a la ciencia, sino que además fuese injustamente perseguido por las represivas leyes de su época.

Danilo Quispe Lucana

Ingeniero de sistemas, desarrollador web y de software. Aficionado a la ciencia, tecnología y divulgación :)

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