Alan Turing: Thiên tài yểu mệnh

(PCWorldVN) Trong cuộc đời ngắn ngủi, nhà toán học tài năng này không chỉ đơn thuần là một người hùng trong chiến tranh mà còn là người đặt nền tảng cho công nghệ hiện đại và trí tuệ nhân tạo ngày nay.

• Google và đội quân trí tuệ nhân tạo
• Bước đột phá mới trong Trí Tuệ Nhân Tạo
• Trí tuệ nhân tạo: Kỷ nguyên mới đang bắt đầu
• Claude Shannon: cha đẻ của lý thuyết thông tin
• Cuộc đời Steve Jobs qua infographic

Trong Thế chiến II, một nhà toán học, logic học và mật mã học người Anh đã thiết kế ra cỗ máy tính phục vụ cho việc phá mã Enigma của Đức Quốc Xã, góp phần vào chiến thắng của Đồng minh trong cuộc chiến tranh ở châu Âu. Con người đó chính là Alan Turing và ông được thế hệ sau này ghi nhận như cha đẻ của ngành khoa học máy tính.

Thậm chí nếu bạn không biết về người đàn ông này thì cũng có thể đã từng nghe tên. Chúng ta có máy Turing, một mô hình toán học được xem là cội nguồn của ngành điện toán và lập trình hiện đại ngày nay. Hơn nữa, tên của Alan Turing còn được đặt cho một phép thử để trả lời cho câu hỏi rằng máy móc có khi nào đạt được ý thức và có thể suy nghĩ như con người hay không. Hầu hết những người quan tâm đến khoa học máy tính hoặc robot sẽ có nghe nói về tên Turing. Nhưng sẽ có bao nhiêu người biết về những câu chuyện huy hoàng cũng như cay đắng của người cha đẻ ngành khoa học máy tính?

Từng được xem là “Einstein của toán học”,  nhưng Turing chết trong đau đớn khi mới 41 tuổi, vào năm 1954 chỉ vì là người đồng tính, vốn được coi là tội lỗi thời đó tại Anh. Ông chết vì ăn một quả táo có tẩm xyanua, một cái chết mà đến ngày nay vẫn chưa có lời giải đáp rõ ràng.

Vào thời điểm ông qua đời, công chúng không hề biết về những công trình  khoa học và những gì ông đã nỗ lực đóng góp trong chiến tranh. Phải 60 năm sau đó, Nữ hoàng Elizabeth II mới chính thức ân xá tội danh đồng tính cho Turing.  Thủ tướng Anh vào năm 2012 cũng đã từng phải đứng lên xin lỗi vì “cách hành xử khủng khiếp” cũng như là gián tiếp gây ra cái chết tự tử đối với nhà toán học nổi tiếng này.

Người hùng thầm lặng
Trong rất nhiều năm, cho đến gần đây nhất là năm 2012, nhiều công trình của ông được giữ trong tủ bí mật của cơ quan tình báo Anh vì chúng được coi là quá quan trọng và nhạy cảm để công bố ra bên ngoài.

Quay trở về năm 1936, khi mà trong khi nghiên cứu cho luận án tiến sĩ tại Đại học Princeton, nhà toán học người Anh, Alan Turing đã xuất bản một bài báo có tựa đề "Các số khả tính ứng dụng trong Vấn đề về lựa chọn"  (On Computable Numbers, with an application to the Entscheidungsproblem), mà sau đó trở thành nền tảng của khoa học máy tính.

Trong bài viết này, Turing trình bày một máy lý thuyết (theoretical machine) có thể giải quyết bất kỳ vấn đề của toán học với các đoạn mã hóa trên băng giấy. Máy Turing có thể tính căn bậc hai, giải quyết các câu đố Sudoku. Turing chứng minh rằng chúng ta có thể tạo ra một máy vạn năng (universal machine) mô phỏng máy Turing để giải quyết mọi vấn đề, thực hiện bất kỳ nhiệm vụ bằng các thuật toán. Và đó chính là thời điểm mà Alan Turing đã phát minh ra máy tính.

Turing tiếp tục nghiên cứu của mình tại Đại học Princeton trong những năm sau đó, lấy bằng tiến sĩ từ vào năm 1938. Luận án của ông mở rộng về lý thuyết của máy Turing, bằng cách sử dụng cái gọi là "lời tiên đoán" để mở ra những hướng mới nhằm giải quyết các vấn đề không thể thực hiện được bằng máy Turing.

Khi quân đồng minh chuẩn bị cho Thế chiến II, họ phải đối mặt với sự thiếu hụt nghiêm trọng về những cỗ máy hỗ trợ cho việc tính quán trong quân sự. Người Mỹ đã chế tạo ra Harvard Mark 1 có khả năng thực hiện các phép tính mà con người tốn hàng giờ đồng hồ chỉ trong vài giây. Trong khi đó, người Anh cũng cần các nhà toán học để bẻ khóa hệ thống máy mật mã Enigma của hải quân Đức, và đây cũng chính là thời điểm mà Turing được gọi để hỗ trợ quân đội.

Ngay sau ngày Anh tuyên bố chiến tranh với Đức, Turing gia nhập trung tâm giải mã Bletchley Park, nơi  có 12.000 người làm việc liên tục 24/7. Tại đây ông đảm nhiệm chức vụ trưởng phòng Hut 8, bộ phận chịu trách nhiệm thu và giải các bức điện tín của hải quân Đức.

Chỉ sau vài tuần đến Bletchley Park, Turing thiết kế một cỗ máy được gọi là Bombe có khả năng giải mã những tín hiệu được truyền đi từ Enigma- cỗ máy có tới “159 triệu triệu triệu” cách mã hóa khác nhau. Bước đột phá lớn này được sử dụng để giải mã những thông điệp được mã hóa bởi các máy Enigma của người Đức. Trong suốt thế chiến thứ  2, Turing đã rất nỗ lực trong việc hoàn thiện phương thức giải mã Enigma, thậm chí ông cũng đã từng đến Mỹ vào năm 1942 để cùng hợp tác với các đồng nghiệp bên kia đại dương. Ông cũng là trợ lý trong việc việc kiến tạo các công cụ truyền ngôn bảo mật (secure speech) tại Bell Labs, nơi mà ông đã gặp cha đẻ của lý thuyết thông tin là Claude Shannon. Hai người đàn ông này có quan hệ thân thiện và thường ăn trưa với nhau, Shannon thực sự ấn tượng với máy Turing và chính cỗ máy này đã mang đến nhiều ý tưởng để ông hoàn thiện “lý thuyết thông tin”.

Enigma, máy mã hóa các bức điện gửi đi được hải quân Đức dùng trong thế chiến II

Alan Turing cũng tham gia một số dự án quan trọng khác trước khi kết thúc chiến tranh, trong đó có kỹ thuật bẻ khóa mật mã Lorenz của người Đức và một số nghiên cứu khác nhưng chưa bao giờ được ứng dụng.

Tổng thống Mỹ Eisenhower nói rằng sự đóng góp của Turing và nhóm của ông tại Bletchley đã rút ngắn chiến tranh từ 2 - 4 năm và cứu hàng triệu con người. Trong năm 1945, Turing đã được tặng huy chương OBE (Order of the British Empire) vì thành tích phục vụ trong cuộc chiến tranh.

Máy giải mã Bombe Máy giải mã điện cơ Bombe dựa trên phương pháp nối các máy giải mã lại với nhau thành một hệ thống để tìm ra công thức của Enigma. Bombe có thể đọc được 159.000 tỉ kí tự phức tạp. Nhờ nó, mỗi ngày người Anh giải mã thành công khoảng 3.000 bức điện mật của quân đội Đức chỉ trong vài phút sau khi dữ liệu được nạp vào.Từ thời điểm đó, tất cả các tin nhắn gửi đi từ Enigma đã có thể được đọc theo thời gian thực. Có tới 210 Bombe được Anh được xây dựng trong thời gian chiến tranh và tất cả đã bị phá hủy vào những ngày cuối của cuộc chiến. Với cỗ máy Bombe, người Anh đã giải mã được đa số các thông điệp thu được từ Enigma, nhưng một số bức điện vẫn được xem là không thể giải nổi cho đến mãi 60 năm sau. Có 3 bức điện thu được từ hồi năm 1942 và những cỗ máy Bombe cũng đã bó tay từ đó cho đến ngày nay. Những bước điện đó được mã hóa bằng loại máy Enigma 4 trục quay, phức tạp gấp nhiều lần so với loại máy mã hóa Enigma thông thường. Ngày nay, với  sự hỗ trợ của các siêu máy tính các chuyên gia mật mã cũng phải mất đến nhiều tuần mới giả mã xong 1 thông điệp, phần còn lại vẫn đang được giải mã. Cỗ máy giải mã Bombe của Alan Turing

Nền tảng của trí tuệ nhân tạo
Cùng với Isaac Asimov, nhà văn khoa học viễn tưởng nổi tiếng đã đề ra “3 điều luật dành cho robot”, Alan Turing đã xây dựng nên lĩnh vực trí tuệ nhân tạo và là người đặt nền móng cơ sở lý thuyết cho nó. Năm 1950, ông đã đề nghị thử nghiệm để tìm ra liệu máy móc có thể suy nghĩ hay không, điều này được biết rộng rãi cho đến bây giờ với tên gọi “phép thử Turing”.

Chúng ta có thể hình dung những phép thử này giống như sự đảo ngược của CAPTCHA mà vẫn thường gặp ngày nay. Trong đó CAPTCHA là một loại kiểm thử dạng hỏi đáp được dùng trong xác thực máy tính để xác định xem người dùng có phải là con người hay không. CAPTCHA được viết tắt từ “completely automated public Turing test to tell computers and humans apart” (phép thử Turing công cộng hoàn toàn tự động để phân biệt máy tính với người).

Phép thử này với ngụ ý rằng, nếu chúng ta có thể viết được những chương trình có khả năng nhận thức gần đủ như con người thì có nghĩa là đã thông qua các bài kiểm tra của Turing. Và khi đó những chương trình sẽ trở thành trí tuệ  thực sự. Mặc dù phép thử này không thực sự hoàn hảo nhưng thử nghiệm Turing đã trở thành một thách thức để thúc đẩy lĩnh vực nghiên cứu trí tuệ nhân tạo (AI) trong nhiều thập kỷ.

Sau khi chiến tranh kết thúc, Turing chuyển sự quan tâm của mình vào lĩnh vực máy tính. Máy tính đầu tiên ENIAC được hoàn thành vào năm 1946, Mặc dù Turing không trực tiếp tham gia vào chế tạo nhưng những công trình nghiên cứu của ông chính là nền tảng để thiết kế nên cỗ máy này.

Trước đó, Turing đã thiết kế máy tính ACE (automatic computing engine - máy tính tự động). Tuy nhiên, những yêu cầu bảo mật thông tin còn sót lại sau thời gian làm việc tại Bletchley đã khiến dự án này bị trì hoãn và cuối cùng bị huỷ bỏ hoàn toàn. Và năm 1948, Turing cùng một người bạn học cũ là  D.G. Champernowne đã bắt đầu viết một chương trình đánh cờ vua cho một máy tính chưa từng tồn tại. Chương trình này được hoàn tất vào năm 1950 và giống như nhiều công trình khác, ông dùng một phần tên mình để đặt cho nó là “Turochamp”.

Từ thiên tài đến con người vô thần và lập dị
Ngay từ lúc còn là một đứa trẻ, Turing đã nhìn cuộc sống qua con mắt của nhà khoa học. Có một bản phác họa nổi tiếng của được vẽ bởi người mẹ Turing về cậu bé “xem hoa cúc mọc” trong khi những đứa trẻ khác chơi khúc côn cầu. Phác họa đó báo trước đột phá của Turing vào năm 1952 về hình thái, thời điểm mà ông tạo ra một lĩnh vực hoàn toàn mới của sinh toán học (mathematical biology). Turing đã cho xuất bản một bài viết về ứng dụng toán học để giải mã các vấn đề sinh hóa  dưới tên "Cơ sở hoá học của hình thái học" (The Chemical Basis of Morphogenesis).

Bài viết này nhằm trả lời câu hỏi về nguồn gốc của cấu trúc tự nhiên. Làm thế nào để chúng ta bắt đầu từ các tế bào đơn lẻ và kết thúc với một hình mẫu phức tạp? Ví dụ như các đốm màu đen và màu trắng trên con bò, đường vân trên vỏ sò biển hay vảy trên một con cá... Tác phẩm của ông về đề tài này đã được trích dẫn hơn 8.000 lần. Các bài báo chuyên đề của Turing về sinh toán học được gọi chung là “Đề cương về sự phát triển của hoa cúc”.

Ngay từ lúc còn nhỏ, ông đã thể hiện các dấu hiệu của một thiên tài. Ông tự tập đọc trong vòng ba tuần, và có biểu lộ ham thích toán học, cùng với việc giải đáp các câu đố. Niềm đam mê khoa học của Turing đã khiến mẹ của mình bối rối bởi mong ước của bà là ông sẽ nghiên cứu các tác phẩm kinh điển để trở thành một quý ông. Năm 1926, khi mới 14 tuổi, ông đến học tại trường nội trú Sherborne, nơi được đánh giá cao về các môn học kinh điển. Vì thế tuy có năng khiếu về toán và khoa học nhưng Turing không được các thầy cô coi trọng. Thầy giáo ở đây đã viết cho mẹ của Turing rằng: “Tôi có thể tha thứ cho những gì cậu ta viết, mặc dù đó là những thứ thật tệ; và tôi có thể chịu đựng dù phải nhìn thấy hậu quả tệ không kém từ chủ nghĩa vị lợi; nhưng tôi không thể tha thứ cho những quan điểm đi ngược lại Kinh Thánh”.

Mặc dầu vậy, Turing vẫn biểu hiện năng khiếu trong các môn ông ưa thích. Ông đã giải được nhiều bài toán bậc cao năm 1927 trước khi học đến giải tích cơ bản. Khi ông 16 tuổi (1928), ông đã hiểu được các tác phẩm của Albert Einstein, không những nắm được nội dung, ông còn suy luận được về những thắc mắc của Einstein đối với các định luật của Newton.

Nhưng những rắc rối từ trường học đã khiến ông đã gần như dừng lại từ các kỳ thi chứng chỉ quốc gia, vì sợ ông sẽ thất bại.

Trong khi học tại Sherbourne, Turing đã có mối tình đồng tính bi thảm với một người bạn nhưng không lâu sau thì cậu ấy qua đời vì bệnh lao. Turing rất đau lòng vì sự việc này, điều đó khiến đức tin về tôn giáo bị tan vỡ và ông trở thành người vô thần. Cái chết của người yêu trẻ tuổi này đã dẫn đến sự ám ảnh của Turing về sự tồn tại của những linh hồn.

Turing luôn xuất hiện với bộ dạng lôi thôi và được xem là một người hippie. Với khuôn mặt trẻ trung, móng tay cắn và không có cà vạt, ông thường bị nhầm lẫn với sinh viên đại học ngay cả khi ông bước qua tuổi 30. Mặc dù Turing có xu hướng cánh tả và tham gia phong trào chống chiến tranh vào năm 1933 nhưng ông chưa bao giờ đi sâu vào chính trị. Khi biết Hitle lên nắm quyền vào năm 1930, ông đã rất lo sợ và điều đó đã thúc đẩy sự quan tâm đến lĩnh vực mật mã mà sau này khiến Turing trở thành vũ khí bí mật của nước Anh.

Tại Bletchley Park, Turing được những người xung quanh đánh giá là người lập dị. Ông đeo mặt nạ phòng độc để tránh phấn hoa khi đi làm, chạy bộ thay vì sử dụng dụng phương tiện đi lại và thường xuyên xích cốc nước của mình vào lò sưởi vì sợ chúng bị đánh cắp…Turing không mắc bệnh gì về khó đọc hay khó nói tuy nhiên ông mất thời gian vào việc tìm kiếm những từ ngữ thích hợp khiến giọng nói trở nên lắp lắp.

Ông gia nhập câu lạc bộ chạy, trở thành tuyển thủ nghiệp dư và chiến thắng nhiều cuộc đua. Năm 1948, thời gian chạy marathon của ông tốt nhất là 2 giờ 46 phút 3 giây – chỉ thua huy chương vàng Olympic 11 phút trong năm đó. Với Turing, việc chạy khiến những điều căng thẳng và phiền não thoát khỏi tâm trí của bản thân.

Thách thức cho đến khi chết
Tại thời điểm đang làm việc tại Bletchley Park, Turing đã đề nghị kết hôn với một nữ đồng nghiệp là Joan Clarke, cuộc hôn nhân này không thể kéo dài. Ông đã chia tay sau khi thú nhận mình là đồng tính với cô, mặc dù Clarke vẫn chấp nhận điều này.

Luật pháp tại thời điểm đó ngăn Turing không được phép công khai đồng tính nhưng ông không bao giờ giữ bí mật giới tính của mình. Ông đã mở các cuộc thảo luận vòng tròn về đồng tính tại Kings College ở Cambridge và gọi đó là "ốc đảo của sự chấp nhận" .

Mặc dù những thành tựu và đóng góp của ông rất lớn trong thời chiến tranh cũng như cho khoa học nhưng Turing đã sống những năm cuối đời trong ô nhục.

Bộ phim Trò chơi mô phỏng - The Imitation Game. Bộ phim ra đời năm 2014 khắc họa lại một phần cuộc sống của Turing và tập trung vào câu chuyện của nhà toán học này khi còn phục vụ trong Bletchley Park.  The Imitation Game đã có 8 đề cử Oscar, trong đó có hạng mục Nam chính xuất sắc nhất dành cho cho Benedict Cumberbatch. Khi nói về bi kịch của Alan Turing, diễn viên Benedict Cumberbatch cho rằng “Đó là một giai đoạn đáng xấu hổ trong lịch sử của nước Anh. Hy vọng rằng bộ phim này sẽ đem lại công bằng cho con người vĩ đại ấy cũng như phản ánh cách đối xử kinh hoàng của chính quyền thời đó”. Diễn viên Benedict Cumberbatch trong vai Alan Turing, bên cạnh máy giải mã Bombe trong phim “The Imitation Game”

Năm 1952, ở tuổi 39 ông bắt đầu một mối quan hệ với một người đàn ông 19 tuổi và cả hai đều bị kết tội có hành vi không đúng đắn. Vào thời điểm đó, hành vi đồng tính là tội phạm hình sự ở Vương quốc Anh và Turing đã bị kết án. Để tránh phải ngồi tù và tiếp tục những công trình đang dở giang của mình, ông lựa chọn việc bị quản chế  và cùng với đó là bị điều trị nội tiết - một loạt mũi tiêm sẽ làm giảm ham muốn tình dục hay cách gọi khác ở đây là thiến hóa học. Việc điều trị bằng tiêm hormone trong vòng khoảng 1 năm đó gây ra các hiệu ứng phụ như sự phát triển vú, nhưng Turing từ chối điều trị để không bị bỏ lỡ các chương trình nghiên cứu của mình. Ông chiến đấu với bản án, với sự kì thị bằng việc khẳng định mình trong công việc như chưa hề có chuyện gì xảy ra. Turing công khai tại phiên tòa của mình rằng quan hệ đồng giới không phải là điều sai trái và cho rằng "Ủy ban Hoàng gia cần ngồi lại để hợp pháp hóa vấn đề này". Ông chế giễu sự phi lý của pháp luật và để thách thức với sự kì thị đó, ông đi du lịch nước ngoài đến Na Uy và Địa Trung Hải, nơi phong trào quyền đồng tính bắt đầu nảy nở vào thời điểm đó.

Tuy nhiên, đi kèm với bản án này là việc ông bị tước bỏ giấy phép làm việc trong bộ phận bảo mật của Chính phủ ngay cả trong những năm đầu của Chiến tranh Lạnh. Đây là một đòn khắc nghiệt khi thật khó chấp nhận rằng mình không còn đáng tin cậy, và ngoài ra ông còn bị hạn chế rời khỏi nước Anh. Những điều này đã dẫn cái chết của Turing. Ông qua đời trong khi đang ở thời kỳ đỉnh cao của trí tuệ với rất nhiều thành tựu chưa kịp cống hiến.

PC WORLD VN, 07/2016