Alan Turing – Der Mann, der den Computer neu dachte
Nachdem Charles Babbage und Ada Lovelace im 19. Jahrhundert erste entscheidende Ideen für programmierbare Maschinen entwickelt hatten, führte Alan Turing diese Gedanken im 20. Jahrhundert weiter. Der britische Mathematiker beschäftigte sich nicht nur damit, was Computer grundsätzlich berechnen können. Er stellte auch eine Frage, die die Forschung bis heute beschäftigt: Können Maschinen denken? Seine Arbeiten legten wichtige Grundlagen für moderne Computer und die Entwicklung der künstlichen Intelligenz.
Alan Turing und die Idee des universellen Computers
Alan Mathison Turing wurde 1912 in London geboren und zeigte bereits früh eine aussergewöhnliche Begabung für Mathematik und Naturwissenschaften. Später studierte er am King's College der Universität Cambridge.
1936 veröffentlichte er seine berühmte Arbeit «On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem». Darin untersuchte er eine grundlegende Frage: Welche Probleme können durch eine klar definierte Folge von Arbeitsschritten gelöst werden? Dafür entwickelte Turing ein theoretisches Modell, das später als Turingmaschine bekannt wurde.
Eine solche Maschine besteht gedanklich aus einem unbegrenzt langen Band mit einzelnen Feldern. Ein Lese- und Schreibkopf kann darauf Symbole lesen, verändern und nach festgelegten Regeln weiterarbeiten. Trotz ihrer Einfachheit kann eine Turingmaschine grundsätzlich jede algorithmisch berechenbare Aufgabe ausführen – vorausgesetzt, genügend Zeit und Speicher stehen zur Verfügung. Noch wichtiger war Turings Idee einer universellen Turingmaschine. Sie sollte unterschiedliche Programme einlesen und ausführen können.
Damit formulierte er ein Grundprinzip moderner Computer: Ein und dieselbe Hardware kann unterschiedliche Aufgaben übernehmen, wenn sie mit unterschiedlichen Programmen ausgestattet wird.
Quelle: ChatGPT
Auch Computer haben Grenzen
Turing zeigte gleichzeitig, dass Computer nicht jedes Problem lösen können. Das bekannteste Beispiel ist das sogenannte Halteproblem: Es gibt kein allgemeines Verfahren, das für jedes beliebige Programm zuverlässig bestimmen kann, ob dieses irgendwann beendet wird oder endlos weiterläuft.
Damit beschrieb Turing bereits vor der Entwicklung moderner Computer sowohl deren enormes Potenzial als auch ihre grundsätzlichen Grenzen.
Die Entschlüsselung der Enigma
Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete Turing im geheimen britischen Dechiffrierzentrum Bletchley Park. Dort versuchten Tausende Menschen, verschlüsselte Nachrichten der deutschen Streitkräfte zu entschlüsseln.
Eine der grössten Herausforderungen war die Enigma. Die elektromechanische Chiffriermaschine erzeugte durch Rotoren und wechselnde Einstellungen eine enorme Zahl möglicher Verschlüsselungen.
Wichtige Grundlagen zur Analyse der Enigma hatten bereits die polnischen Mathematiker Marian Rejewski, Jerzy Różycki und Henryk Zygalski geschaffen und ihre Erkenntnisse 1939 an Grossbritannien und Frankreich weitergegeben.
Darauf aufbauend entwickelten Alan Turing und Gordon Welchman in Bletchley Park die britische Bombe. Diese elektromechanische Maschine konnte mögliche Enigma-Einstellungen systematisch überprüfen und zahlreiche falsche Kombinationen ausschliessen.
Dabei nutzten die Kryptologen unter anderem vermutete Textstellen in deutschen Nachrichten, sogenannte «Cribs». Wiederkehrende Formulierungen oder vorhersehbare Inhalte halfen dabei, mögliche Einstellungen schneller einzugrenzen.
Turing arbeitete besonders intensiv an der Entschlüsselung des deutschen Marinefunkverkehrs. Die gewonnenen Informationen waren unter anderem für den Schutz alliierter Versorgungsschiffe von grosser Bedeutung.
Die Entschlüsselung der Enigma war jedoch eine Gemeinschaftsleistung zahlreicher Mathematiker, Ingenieure, Sprachwissenschaftler und weiterer Mitarbeitender. Turing gehörte zu den zentralen wissenschaftlichen Köpfen des Projekts.
Vom Codeknacker zum Computerpionier
Nach dem Krieg arbeitete Turing am britischen National Physical Laboratory und entwarf dort den Automatic Computing Engine (ACE).
Sein Entwurf gehörte zu den frühen Konzepten eines elektronischen Computers mit gespeichertem Programm. Daten und auszuführende Befehle sollten dabei gemeinsam im elektronischen Speicher abgelegt werden – ein Prinzip, das bis heute eine Grundlage moderner Computersysteme bildet.
Später wechselte Turing an die Universität Manchester und beschäftigte sich zunehmend mit Programmierung und künstlicher Intelligenz.
Dabei rückte eine Frage immer stärker in den Mittelpunkt: Können Maschinen denken?
Quelle: ChatGPT
Der Turing-Test
1950 veröffentlichte Turing den Aufsatz «Computing Machinery and Intelligence». Da Begriffe wie «Denken» und «Intelligenz» schwer eindeutig zu definieren sind, schlug er ein praktisches Experiment vor: das Imitationsspiel, das später als Turing-Test bekannt wurde.
Dabei kommuniziert eine Person schriftlich mit einem Menschen und einer Maschine, ohne zu wissen, wer wer ist. Kann die Maschine so überzeugend antworten, dass sie nicht zuverlässig vom Menschen unterschieden werden kann, zeigt sie nach Turings Ansatz intelligentes sprachliches Verhalten.
Der Test beweist allerdings nicht, dass eine Maschine tatsächlich Bewusstsein, Gefühle oder menschliches Verständnis besitzt. Er bewertet lediglich ihr beobachtbares Kommunikationsverhalten.
Gerade im Zeitalter moderner Sprachmodelle ist diese Unterscheidung aktueller denn je.
Die Idee einer lernenden Maschine
Turing beschäftigte sich auch mit Ada Lovelaces Einwand, eine Maschine könne lediglich das ausführen, was Menschen ihr zuvor vorgegeben hätten. Er argumentierte, dass komplexe Maschinen durchaus Ergebnisse hervorbringen könnten, die selbst ihre Entwickler überraschen.
Statt jede intelligente Fähigkeit einzeln zu programmieren, schlug Turing ausserdem eine lernende «Kindermaschine» vor. Sie sollte ähnlich wie ein Kind durch Erfahrung, Ausbildung, Belohnung und Bestrafung lernen.
Damit nahm er bereits Grundideen vorweg, die später für maschinelles Lernen und bestärkendes Lernen wichtig wurden. Turing vermutete zudem, dass Computer eines Tages leistungsfähig genug sein würden, um Menschen in einem kurzen schriftlichen Gespräch zumindest teilweise zu täuschen.
Mit Blick auf heutige KI-Sprachmodelle erscheint diese Vorstellung bemerkenswert vorausschauend.
Ein Vermächtnis für Informatik und KI
Alan Turings besondere Leistung bestand darin, mathematische Theorie, praktische Computerentwicklung und die Frage nach maschineller Intelligenz miteinander zu verbinden.
Während Ada Lovelace erkannte, dass programmierbare Maschinen weit mehr als Zahlen verarbeiten könnten, zeigte Turing, wie eine universelle Maschine funktionieren kann, welche Probleme sie lösen kann und wo ihre Grenzen liegen.
Mit dem Turing-Test stellte er zudem eine Frage, die bis heute aktuell ist: Wann können wir das Verhalten einer Maschine als intelligent bezeichnen?
Damit gehört Alan Turing zu den wichtigsten Wegbereitern der modernen Informatik und künstlichen Intelligenz.
Fazit
Alan Turing dachte den Computer neu, noch bevor elektronische Rechner ihren grossen Durchbruch erlebten. Seine Turingmaschine wurde zu einer theoretischen Grundlage der Informatik, seine Arbeit in Bletchley Park zeigte das praktische Potenzial maschineller Berechnungen und mit dem Turing-Test rückte erstmals die Frage nach maschineller Intelligenz in den Mittelpunkt.
Viele seiner Überlegungen wirken heute aktueller denn je: Versteht eine Maschine tatsächlich, was sie sagt – oder kommuniziert sie lediglich so überzeugend, dass sie intelligent erscheint? Im dritten Teil unserer Serie geht es um die Geburtsstunde der künstlichen Intelligenz als eigenes Forschungsgebiet – vom Dartmouth-Sommer 1956 über ELIZA und die KI-Winter bis zum Sieg von Deep Blue über Schachweltmeister Garry Kasparov.
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Weiterführende Quellen & Links
Alan Turing & Bletchley Park:
Das Turingmaschine-Paper (1936) - Turing, A. M.: On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem.
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Der Turing-Test (1950) - Turing, A. M.: Computing Machinery and Intelligence.
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