Mentes geniales. La vida y obra de 12 grandes informáticos

ALAN MATHISON TURING
(1912-1954)
Uno de los padres de la computación

Alan Mathison Turing es, sin duda, uno de los padres de la ciencia de la computación⁴. Y no solo eso, por su impacto en el futuro, puede ser considerado sin problema como uno de los grandes científicos del siglo xx. El modelo matemático que representa la computación sería él quien lo haría conocido, pero desgraciadamente no en vida, ya que tuvo diversos problemas que truncaron una carrera que pudo dar mucho más. Aun cuanto todo lo que logró es enorme, mantengo una cierta tristeza por no saber todas las otras cosas que pudo haber logrado. Sin embargo, el nombre de Turing brilla en lo alto de la computación, pues fue él el que dio respuesta a una de las preguntas más fundamentales: «¿Qué es computable?». Tras responder a esa pregunta, nació todo lo demás.

1.1 PRIMEROS AÑOS

Nació en Maida Vale, Londres (Reino Unido), en 1912. Su padre, Julius Mathison Turing, fue miembro del servicio civil indio, y su madre, Ethel Sara Stoney, fue hija de un ingeniero de ferrocarriles de Madras⁵; la pareja se casaró en la India.

Turing estudió parte de su primaria, entre sus 10 y 13 años, en la escuela Hazelhurst Preparatory School, en el condado de Frant Sussex (hoy, East Sussex). Allí y a temprana edad mostró un interés por seguir sus propias ideas, así lo atestiguan algunos de sus biógrafos: «Parecía ser un alumno “medio o bueno” en la mayoría de las asignaturas, pero estaba muy ocupado en seguir sus propias ideas». Tuvo algunas incursiones en el ajedrez y en la sociedad de debate. Luego, a sus 13 años, haría un examen (Common Entrance Examination)⁶ para entrar a la escuela de Sherborne School.

Una anécdota es que, allá por 1926, había una huelga general que obligaba a Turing a correr 95 kilómetros de su casa a la escuela. Algo que para él no era tan difícil, pues era un gran atleta al que le apasionaba correr grandes distancias. En su nueva escuela tuvo problemas para adaptarse, y además fue muy criticado por su caligrafía en inglés. Pero muchos de los problemas surgieron porque Turing siempre fue un pensador libre, independiente, que buscaba sus propias soluciones a los problemas; es más, por ejemplo, en sus clases de matemáticas tuvo problemas con sus profesores porque no seguía los métodos que les enseñaban, él prefería inventar sus propias maneras para afrontar sus problemas.

A pesar de ello, en su escuela Sherborne School ganó casi todos los premios en matemáticas. Tales fueron su impulso, voluntad y obstinación que ya por aquellos años —antes incluso de tener 18 años— se había adentrado en las matemáticas avanzadas. Como atestigua uno de sus biógrafos, «leyó los trabajos de Einstein sobre la relatividad y también leyó sobre la mecánica cuántica en la obra de Eddington, La naturaleza del mundo físico» (O’Connor y Robertson, 2003). (Se podría inferir entonces que le hubieran parecido muy interesantes los avances en la computación cuántica, que comenzaron a ser un tema de investigación en la década de 1980 [y que hoy se mantiene más vigente que nunca y cambia por completo la forma de operar de la computación clásica propuesta por Turing]).

Turing, desde pequeño, fue solitario y retraído a sus propias ideas, a su propia creatividad. Años más tarde, por 1928, Turing tendría al que sería su único amigo de infancia, Christopher Morcom (un alumno de un año más que él), con el cual podía compartir su pasión por las matemáticas y las ciencias. Turing sentía una enorme estima por él, ya que habían conectado intelectualmente. Sin embargo, por desgracia Morcom murió en 1930 y, como muchos de sus biógrafos señalan, este hecho lo marcó para el resto de su vida.

En 1931 entró a estudiar matemáticas en el King’s College, en Cambridge (estaría aquí hasta 1934). Allí pudo sentirse mucho más a gusto que en sus anteriores escuelas, pues Cambridge es un lugar donde no es extraño encontrar a personas poco «convencionales» o, para decirlo de otra manera, personas con un gran deseo creativo y con una personalidad más introvertida. Ya en 1933 había tenido la oportunidad de leer a Bertrand Russell, su libro Introduction to mathematical philosophy; no obstante, no sabemos hasta qué punto este libro lo influyó. Lo cierto es que se podría suponer que sí, pues más adelante tuvo inclinaciones a escribir textos con una óptica filosófica. Algo donde Russell destacó.

Más o menos por esos mismos años, Turing también leyó a Von Neumann, y su trabajo sobre mecánica cuántica (un tema que también le apasionaba). Asimismo, comenzó a tener su primera aproximación a la lógica matemática, un área que gozaba de un fuerte desarrollo por esos años. Uno de sus biógrafos, Andrew Hodges, autor de una de las mejores biografías de Turing hasta la fecha, mencionó el interés de Turing por las matemáticas y la lógica, y demostró que una visión puramente logística era errónea (Hodges, 1997).

Por otro lado, era la época en que el partido nazi de Hitler había llegado al poder en Alemania, lo que puso en alerta a muchas naciones de Europa, y, como sabemos, más tarde vendrían tiempos de gran agitación. Por ello, ya en el Reino Unido había grupos que estaban en contra de una posible guerra, «Turing se unió al movimiento antibélico, pero no derivó hacia el marxismo, ni hacia el pacifismo, como ocurrió con muchos» (O’Connor y Robertson, 2003). Su labor, en cambio, consistió siempre más bien en apoyar a su país con su conocimiento teórico, principalmente en temas de criptografía, como veremos brevemente en las páginas que siguen.

1.2 EL PROBLEMA DE LA DECISIÓN

Graduado en 1934, Turing tuvo contacto con el trabajo de Kurt Gödel⁷ (teorema de incompletitud) y el problema propuesto por David Hilbert⁸ (conocido en alemán como Entscheidungsproblem, en español, problema de la decisión) sobre la decibilidad, el cual reza: «Dada una proposición matemática, ¿existe un algoritmo que pueda dar una respuesta a si la proposición es verdadera o falsa?». Turing comenzó a trabajar en este problema, que luego sería él que daría la respuesta a lo que es computable o no. Inició una nueva era.

En ese mismo periodo, 1935, fue elegido compañero (Fellow) de la King’s College, en Cambridge, por su trabajo de tesis llamado On the Gaussian error function, el cual probó resultados fundamentales en el área de la teoría de las probabilidades. A tal contribución se la conoce como el teorema del límite central. Por ello, en 1936 ganó el Premio Smith.

Volviendo al desafío propuesto por Hilbert, Turing, más tarde, haría una demostración negativa, es decir, expondría que tal algoritmo no existe, con lo que echaría por tierra la idea de Hilbert de demostrar la decibilidad de cualquier proposición matemática.

1.3 SOBRE LO QUE ES COMPUTABLE

1936 sería un año mágico para Turing —aunque probablemente él nunca alcanzó a vislumbrarlo—, ya que publicaría uno de los artículos más influyentes en la historia de la informática. Titulado On Computable Numbers, with an application to the Entscheidungsproblem, efectivamente marcaría el inicio de una nueva área del conocimiento. En él, Turing presentaría una máquina abstracta, un modelo matemático que representa el concepto de computar. En el artículo, Turing llama a este modelo a-machine (automatic machine), en la actualidad lo conocemos simplemente bajo el nombre de máquina de Turing.

Además, y para evitar confusiones, Turing no inventó el ordenador, más bien fue el artífice del modelo matemático de cómo se realiza la computación, esto es, su aporte fue teórico. Fue un lógico-matemático, no un ingeniero. Turing trabajó más con lápiz y papel que con aparatos físicos. Luego, otros grandes pensadores, a saber, Von Neumann, llevarían sus ideas a algo aplicado, a algo real, a algo concreto, ¿a qué? A la primera arquitectura del ordenador digital.

La máquina de Turing consiste en una cinta (infinita) compuesta de celdas, con un cabezal que puede ir escribiendo o borrando un símbolo en cualquier celda. Turing escribió:

Algunos de los símbolos anotados formarán la secuencia de cifras que es el decimal del número real que se está calculando. Los demás son solo notas aproximadas para «ayudar a la memoria». Solo estas notas aproximadas serán susceptibles de ser borradas.

[…] la máquina de cálculo es una máquina que puede hacer el trabajo de cualquier máquina de propósito especial, es decir, realizar cualquier trabajo de cálculo, si se le inserta una cinta con las «instrucciones» adecuadas. (Newman, 1955)

En el párrafo previo (en negrita) se puede ver que Turing demostró la existencia de una máquina universal, pues la idea de «inserta una cinta de instrucción» es similar a copiar el código de un programa en otro ordenador, compilarlo y ejecutarlo. En efecto, Turing daría los primeros bosquejos de lo que sería no tan solo el funcionamiento de un ordenador, sino también de lo que conocemos como lenguajes de programación⁹. (Cabe señalar que, cuando en su artículo Turing hablaba de máquina, se refería a una persona; por aquel entonces a una persona que hacía una tarea rutinaria para resolver un problema se la llamaba «computer» [que vendría siendo «computador» u «ordenador»]).

Algo notable y que inspiró la película Código Enigma¹⁰ es la labor secreta de Turing en la lucha contra la Alemania nazi en la Segunda Guerra Mundial. Cada bando debe tener un sistema de mensajería para comunicar las órdenes que se dan de un lugar a otro; por eso mismo, y para evitar que esos mensajes caigan en manos enemigas, es necesario un sistema de encriptado. Para ello, los nazis tenían la máquina Enigma, y por aquellos años dicho aparato parecía intratable, «las máquinas Enigma de la armada alemana eran mucho más difíciles de descifrar, pero este era el tipo de desafío con el que Turing disfrutaba», así pues, el trabajo de Turing fue decisivo en el triunfo de los aliados en el combate, pues consiguió, junto a otras personas, desencriptar los mensajes de Enigma.

Así, junto a otro matemático, William Gordon Welchman, Turing desarrolló la Bombe (véase la figura 1), una máquina que tomaba lo mejor de los trabajos que venían realizando los matemáticos polacos desde finales de 1940 (descifrando los códigos de Enigma de la Luftwaffe [fuerza área]). Con esta nueva máquina Turing incorporó métodos estadísticos que permitieron descifrar los códigos de la marina alemana en su estadía en Bletchley (O’Connor y Robertson, 2003).

Figura 1. Máquina electromecánica Bombe¹¹.

Al término de la guerra, Turing fue invitado al National Physical Laboratory de Londres, para construir un nuevo ordenador, conocido como ACE (Automatic Computing Engine; véase la figura 2). En 1946, Turing presentó el primer informe de dicho ordenador, bastante original y con la arquitectura de un ordenador moderno, «el tamaño de almacenamiento que planeó [Turing] para el ACE fue considerado por la mayoría de los que leyeron el informe como irremediablemente demasiado ambicioso y hubo retrasos en la aprobación del proyecto». No obstante, el informe publicado un año antes (1945) por Von Neumann (First Draft of a Report on the EDVAC) tendría más influencia y se convertiría en la arquitectura de ordenadores modernos; asimismo, varios ordenadores fueron construidos, de manera exitosa usando el diseño de ACE.

Aunque Von Neumann no cita explícitamente a Turing en su informe, varios especialistas dicen que estaba al tanto del trabajo de Turing y que le habría influenciado. (Aquí menciono el EDVAC y ACE, no obstante, la historia del primer ordenador no es algo tan simple de dilucidar. En diferentes partes del mundo se estaba trabajando en paralelo en distintos ordenadores, por ejemplo, el Z3 creado por Konrad Zuse¹², años antes, en 1941. Sin embargo, hay un consenso a la hora de mencionar cuál tuvo más influencia e impacto en el futuro del desarrollo de los ordenadores digitales modernos, y fue EDVAC [a diferencia de ENIAC, este tenía un sistema binario y no decimal, además de ser el primero en contener un programa para ser almacenado]. No siempre lo primero es lo que causa mayor impacto para la posteridad).

En 1948, Maxwell Newman¹³ le ofreció un puesto en la Victoria University of Manchester (Reino Unido), el a lo cual Turing aceptó y renunció así al National Physical Laboratory. Y es que en esta universidad se estaba preparando el diseño de un nuevo ordenador (Manchester Mark 1)¹⁴ y el conocimiento de Turing era fundamental. Newman más adelante explicó que se esperaba que Turing dirigiera la parte matemática, primero construyendo la lógica detrás de las subrutinas que permiten desarrollar los programas, hasta llegar a cuestiones más generales de análisis numérico (Newman, 1955).

Figura 2. Ordenador ACE¹⁵.

Fue aquí donde comenzó a tener interés en la matemática biológica, y donde realizó algunos trabajos muy interesantes sobre la morfogénesis (proceso biológico que permite a un organismo desarrollar su forma). Cabe señalar que Turing nunca fue reconocido durante su vida en su país, pues muchos de sus logros fueron mantenidos en secreto por tema de seguridad. Principalmente, sus trabajos que involucraron desencriptar los códigos de Enigma durante la Segunda Guerra Mundial).

En consecuencia, es en este momento cuando Turing comenzó a interesarse por un área que en la actualidad ha cobrado una enorme fuerza, pero que, sin embargo, por aquel entonces no tenía ese nombre: la inteligencia artificial.

1.4 INTELIGENCIA ARTIFICIAL

Turing no solo fue un gran lógico-matemático. Tuvo inclinaciones filosóficas, producto, probablemente, de sus lecturas de diferentes textos que tocaban temas filosóficos en la adolescencia. Asimismo, él ya avizoraba lo que podrían hacer las máquinas automáticas (ordenadores digitales), primero automatizando tareas rutinarias que hacían las personas. Pero ¿podrían algún día estos ordenadores simular el cerebro humano? Pues es sabido que el cerebro es la «máquina» más compleja que conocemos.

Si bien es cierto que en la actualidad ha habido muchos avances gracias a la neurociencia cognitiva, todavía hay muchas preguntas por responder. ¿Será, acaso, el ordenador la respuesta? ¿La que pueda desvelar los grandes misterios del cerebro? Aún no lo sabemos. Lo que sí sabemos es que el uso de ordenadores ha sido una pieza decisiva en todos los avances de las demás ciencias e ingenierías. La velocidad de computación ha sido un aspecto fundamental a la hora de acelerar muchos experimentos, lo que, llevado a otras áreas, se traduce en nuevos logros.

En 1950, Turing publicó un artículo titulado «Computing machinery and intelligence» (en español, «¿Puede pensar una máquina?») en la revista Mind que hasta el día de hoy tiene una enorme influencia. En él se puede ver a un hombre preocupado por su tiempo y por lo que los ordenadores podrían lograr en el futuro. Menciona —de manera informal— cómo podríamos saber que un ordenador ha alcanzado la inteligencia humana. Para ello, idea un experimento que se conoce como el juego de la imitación o simplemente como prueba de Turing.

En este legendario artículo, Turing termina diciendo algo premonitorio, pues muchas de las cosas que nombra ya han sido logradas en algunos casos. Primero, Turing hace referencia a que las máquinas competirán en todos los campos puramente intelectuales del hombre, a saber, cuestiones específicas, por ejemplo, jugar al ajedrez y otras actividades lógicas. Segundo, avanza que las máquinas podrán comenzar a entender el lenguaje natural. Y finalmente, apunta a que un día las máquinas adquirirán la capacidad de detectar objetos al igual que lo hace un niño que va descubriendo el mundo (Turing, «¿Puede pensar una máquina?», 1950).

Que los ordenadores puedan jugar al ajedrez es algo que ya se ha alcanzado hace varias décadas, tanto es así que en la actualidad se ha logrado, con éxito, diseñar algoritmos de aprendizaje profundo que puedan jugar al go (juego de tablero), un juego cuya complejidad es mucho mayor a la del ajedrez¹⁶. Lo mismo podemos decir de los sistemas que pueden simular la voz del lenguaje natural. A pesar de ello, todavía estamos lejos de pasar de realizar tareas específicas (como Turing apuntaba) a realizar tareas muy generales, creativas, que nos permitan hablar de una «inteligencia» que se asimile a la humana.

1.5 EL JUEGO DE LA IMITACIÓN

El juego de la imitación presentado por Turing (véase la figura 3) se puede describir así: supongamos que existen tres personas, A, B y C. La primera (A) es un hombre; B, una mujer; y C es un interrogador de cualquier sexo. Entonces C permanece en una habitación separada de ambos. El objetivo del interrogador es determinar cuál de los dos es hombre y cuál es mujer. Así, podría decir el interrogador: «X es A, Y es B» o a la inversa: «Y es A, X es B». Turing nos da un ejemplo:

Dice C: ¿Podría X decirme la longitud de su pelo? Supongamos que X es en realidad A, entonces A debe responder. El objetivo de A en el juego es intentar que C se equivoque en la identificación. Por lo tanto, su respuesta podría ser:

«Mi pelo es ondulado y los mechones más largos miden unos 20 centímetros».

Para que los tonos de voz no ayuden al interrogador, las respuestas deben ser escritas. Lo ideal es disponer de un ordenador que comunique las dos salas. Como alternativa, un intermediario puede repetir la pregunta y las respuestas. El objetivo del juego para el tercer jugador (B) es ayudar al interrogador. La mejor estrategia para ella es probablemente dar respuestas sinceras. Puede añadir a sus respuestas cosas como «yo soy la mujer, no le hagas caso», pero no servirá de nada, ya que el hombre puede hacer comentarios similares.

Ahora nos preguntamos: «¿Qué pasará cuando una máquina tome el papel de A en este juego?» ¿Fallará el interrogador con la misma frecuencia cuando el juego se desarrolle como el ejemplo del hombre y la mujer? Estas preguntas sustituyen a la original, «¿pueden pensar las máquinas?» (Turing A., ¿Puede pensar una máquina?, 1950, págs. 23-25).

Dicho en otras palabras: ¿puede una persona detectar a través de una conversación por chat cuándo se encuentra hablando con un humano o con una máquina?, ¿puede una máquina engañarlo?, ¿qué preguntas debería hacer la persona para detectar que está conversando con un humano? Todas estas cuestiones plantean un reto al juego de la imitación. Un interesante experimento mental que, hasta nuestros días, se mantiene en discusión por las repercusiones que puede tener en la filosofía de la mente y en la inteligencia artificial.

Figura 3. Representación visual del juego de la imitación¹⁷.

Ahora bien, esta prueba ideada por Turing presenta varias debilidades, pues no sabemos realmente qué preguntas nos pueden ayudar a discriminar si la entidad con la cual chateamos es una persona o una máquina. Más bien, los ejemplos que da Turing son muy generales y podrían interpretarse de muchas formas. Por ello, no es extraño ver cada cierto tiempo personas que dicen haber «pasado la prueba de Turing», pero, por la misma definición (no formal) que dio Turing, parece improbable que sea cierto. Se mantiene la duda, pues, ¿en qué momento podemos estar seguros de que hablamos con un humano y no con una máquina? Es una pregunta abierta.

Sin embargo, desde su publicación han surgido variadas mejoras a esta prueba e, incluso, otros tipos de pruebas que buscan rebatir la prueba de Turing intentando demostrar que el pensamiento humano no puede ser computarizado (a saber, «la habitación china» de John Searle).

1.6 MUERTE Y LEGADO

Turing fue arrestado en 1952 luego de informar a la Policía de una relación homosexual. Y es que por aquellos años en el Reino Unido tener una relación homosexual estaba penado por ley. Así lo explican algunos de sus biógrafos: «Acudió a la Policía [Turing] porque lo habían amenazado con un chantaje. Fue juzgado como homosexual el 31 de marzo de 1952, sin ofrecer ninguna defensa. Declarado culpable, se le dio la alternativa de ir a la cárcel o recibir inyecciones de estrógenos durante un año. Aceptó esta última y volvió a dedicarse a una amplia gama de actividades académicas» (O’Connor y Robertson, 2003).

Esas actividades académicas consistían en sus trabajos sobre reacciones químicas, las cuales también lo habían entusiasmado; era de esperar que nunca lo pudiese superar, pues dos años después murió por un envenenamiento por cianuro de potasio mientras trabajaba en algunos experimentos de electrólisis. Como se indica: «El cianuro se encontró en una manzana a medio comer a su lado. Una investigación concluyó que se lo había autoadministrado, pero su madre siempre mantuvo que fue un accidente» (O’Connor y Robertson, 2003).

Su muerte siempre se ha mantenido en un manto de dudas. Por ejemplo, su madre, Sara Turing, en su libro Alan M. Turing, más que un enigma sobre la vida de su hijo, siempre mantuvo la posición de que fue un accidente y no un suicidio. Por otro lado, en el mismo libro y en una versión posterior, se añadió una memoria del hermano mayor, John Turing, el cual relata algunas excentricidades¹⁸ de su hermano menor y deja entrever que, si tanto él como sus padres lo hubieran comprendido desde joven, Turing hubiera vivido (Turing S. , 2018, pág. 293).

La relación de su familia hacia Alan Turing no fue fácil, pues, para ellos, él era muy distinto y le costaba aceptar las normas sociales. John Turing, al contrario de su madre, parece convencido de que fue un suicidio (según él producto de su largo estrés en su periodo de trabajo en Bletchley), y relata que la hipótesis de su madre es infundada (Turing S. , 2018).

Sea cual fuera la situación, la vida de Turing, aunque corta, fue fructífera, creativa, innovadora en todos los sentidos de la palabra. Una mente brillante que pudo crear todo un nuevo campo de estudio, que, si no hubiera sido por él, habría tardado muchos años más en surgir. Sin contar las innumerables vidas que salvó gracias a sus trabajos para desencriptar Enigma.

En suma: el legado de Turing es indiscutible.

Primero, fue artífice del modelo conceptual de cómo funciona la computación o, para decirlo con otras palabras, describió matemáticamente cómo funciona un algoritmo para resolver un problema. Esas ideas permitieron a otras grandes mentes crear el primer ordenador digital y, después de ello, el nacimiento de los lenguajes de programación (en particular, los del paradigma imperativo¹⁹, que son los que se acercan más a sus ideas). Cuando usamos un ordenador, implícitamente, estamos usando las ideas de Turing. Por ello, no es de extrañar que el premio más importante de la informática o computación en la actualidad lleve su nombre.

Segundo, propuso diferentes ideas sobre lo que podrían hacer las máquinas para simular el cerebro humano, lo que hoy conocemos como inteligencia artificial. Su experimento mental (el juego de la imitación), que busca responder si un programa de ordenador puede hacerse pasar por un humano, aún hoy trae de cabeza a ingenieros, científicos y filósofos. Sigue siendo una pregunta abierta.

Tercero, se adentró en temas de matemática biológica y operaciones de reacciones químicas, campo en el que publicó algunos artículos, y se interesó por cómo se comportaban los seres vivos.

Y no menos importante fue su participación en la Segunda Guerra Mundial trabajando en el desencriptado de mensajes de la máquina Enigma. (Una misión que se mantuvo oculta durante varias décadas). Junto a un equipo multidisciplinar, pudo aportar, con sus conocimientos teóricos, nuevos métodos para acelerar la operación (o computación) del desencriptado. Así que no solo hizo aportes a la teoría de la computación o la inteligencia artificial, sino también a la criptografía.

No obstante, fue víctima de la sociedad de su tiempo, que, atrasada en ideas absurdas, truncó lo que podría haber sido un futuro aún más grande.