(Danh nhân) Alan Turing - Người sáng lập ngành khoa học máy tính

Alan Mathoson Turing OBE FRS là một nhà toán học, logic học và mật mã học người Anh, được xem là một trong những nhà tiên phong của ngành khoa học máy tính và A.I

Tài năng sớm nở rộ

Alan Turing thể hiện tính ham hiểu biết và thiên tư độc đáo của mình ngay từ năm lên 6 tuổi, khi bắt đầu đi học. 14 tuổi, vào học trường nội trú nổi tiếng có tên Sherborne, ông tỏ ra say mê và có năng khiếu về toán và khoa học, tới mức chỉ học hai môn này mà bỏ các môn khác. 16 tuổi, Turing đã đọc được các tác phẩm của Albert Einstein, không những nắm được nội dung, ông còn suy luận về những thắc mắc của Einstein đối với các định luật về chuyển động Newton. Trong các năm 1931-1934, Turing học tại King’s Colledge của Đại học Cambridge, sau khi tốt nghiệp đại học với bằng danh dự ông được ở lại trường làm nghiên cứu sinh toán học. Thời gian này ông đã viết những bài báo khoa học có giá trị khai phá một lĩnh vực hoàn toàn mới hồi ấy chưa từng có, như vấn đề những con số có thể tính được, vấn đề thuật toán logic và cho rằng có thể dùng máy để tính toán thay người. Ông đã chứng minh loại máy như vậy (ngày nay ta gọi là máy tính, hồi ấy chưa xuất hiện) có khả năng tính toán bất cứ vấn đề toán học nào, nếu vấn đề ấy có thể biểu thị được bằng một thuật toán. Ngoài ra ông còn đề ra ý tưởng làm một cái “máy Turing vạn năng” có thể làm bất cứ việc gì.

Mới 25 tuổi Turing đã được bầu làm thành viên Viện Khoa học của King’s College. Thời gian 1936-1938 Turing tiếp tục nghiên cứu đại số, logic học và lý thuyết số tại Đại học Princeton (Mỹ) dưới sự chỉ đạo của nhà toán học và logic học nổi tiếng Alonzo Church (1903-1995) và đạt được học vị tiến sĩ toán. Ông cùng thầy mình đưa ra Luận đề Church-Turing.

Luận án tiến sĩ của ông giới thiệu quan niệm tính toán tương đối, theo đó ông ghép nhiều máy Turing lại với nhau trở thành một máy tiên tri (oracle machine), cho phép nghiên cứu những phương trình không thể giải được nếu chỉ sử dụng một máy Turing. Sau đó Turing về nước, trở lại Đại học Cambridge. Tại đây ông tham dự diễn đàn về nền tảng của toán học do triết gia Ludwig Wittgenstein chủ trì. Hai người tranh cãi với nhau rất găng.

Turing về Cambridge chưa được bao lâu thì chiến tranh thế giới nổ ra. Ngày 3/9/1939, Anh tuyên chiến với Đức sau khi Đức tấn công Ba Lan. Turing bước vào cuộc chiến đấu mới, dùng trí tuệ mình góp phần vào cuộc kháng chiến của nhân dân Anh chống phát xít Đức xâm lược.

Chiến công thầm lặng tại công viên Bletchley

Để chuẩn bị gây chiến tranh thế giới, ngay từ thập niên 1920, Hitler đã tập hợp nhiều chuyên gia nghiên cứu cải tiến loại máy thông tin mật mã trước đây người Đức dùng trong thương mại, cuối cùng đã chế tạo ra máy soạn-giải mã có tên Enigma (“Bí ẩn”). Đây là thành quả kết hợp tuyệt vời các thành tựu cao nhất về toán học, vật lý, ngôn ngữ học, nguyên lý cờ vua và trò ô chữ (crossword puzzle).

Mỗi máy Enigma bề ngoài trông như chiếc máy chữ, xếp trong va ly kim loại xách tay, có thể đặt trên xe tăng, ô tô, máy bay, tàu chiến. Khi ấn phím sẽ đồng thời làm chuyển động một bộ trục quay cơ khí, kết hợp hệ thống điện, phát ra các xung vô tuyến dạng điện báo Morse. Từ 26 chữ cái Latin, Enigma có khả năng biên soạn thành 8000 tỷ mã bí ẩn, từ đó soạn ra (và giải) các bức điện mật. Mỗi máy thông tin Enigma vừa là máy phát lại vừa là máy nhận và tự giải mã theo các phương án thường xuyên thay đổi.

Hitler ca ngợi mã Enigma là “Mật mã số một thế giới, cả đến thần thánh cũng không thể giải nổi”. Trong chiến tranh, quân đội Đức đã trang bị 200.000 máy Enigma. Thời gian đầu, phát xít Đức sử dụng rất thành công loại mã này để liên lạc với nhau, phía Đồng minh chống Đức không thể giải được. Đặc biệt quân đội Anh không tài nào phát hiện được sự di chuyển của tàu ngầm Đức chuyên phục kích các tàu vượt Đại Tây Dương chở vũ khí Mỹ viện trợ cho Anh và lực lượng Đồng minh châu Âu. Hồi ấy trung bình mỗi tháng Đức bắn chìm 5.000 tấn tàu hàng Đồng minh, gây tổn thất cực lớn khiến cuộc kháng chiến của Anh quốc có nguy cơ thất bại.

Vì sự sống còn của nước Anh, Thủ tướng Winston Churchill quyết tâm giải bằng được mật mã Enigma. Thực ra ngay từ trước năm 1939, các nhà khoa học trong lực lượng Ba Lan chống phát xít đã nghiên cứu nắm được nguyên lý máy Enigma và chế tạo được một bản sao của nó cùng một máy phân tích mã, đặt tên là Bomba và sau đó họ có chuyển kết quả nghiên cứu này cho Pháp và Anh. Vì Enigma có quá nhiều tổ hợp mã mà Ba Lan có quá ít người giải mã, cho nên không thể giải các bức mật điện bắt được, hoặc giải quá chậm, mà thông tin quân sự thường chỉ có giá trị trong thời gian rất ngắn, tính bằng giờ, bằng ngày.

Churchill đã tập trung khoảng 12 nghìn người tình nguyện – các nhà toán học, nhà ngôn ngữ học tiếng Ai Cập, tiếng Đức, tiếng Anh, các kiện tướng cờ vua, những người giỏi chơi trò giải ô chữ – tới làm việc suốt ngày đêm tại Trung tâm Giải mã tình báo đặt trong công viên Bletchley cách London 50 dặm về phía Tây Bắc. Họ có nhiệm vụ thu nhận và giải mã các bức điện vô tuyến của quân đội Đức.

Churchill đích thân mời tiến sĩ toán học Alan Turing phụ trách công tác phá khóa mã. Với tinh thần yêu nước nồng nàn và trí tuệ thiên tài, Turing đã chỉ đạo thiết kế chế tạo được máy giải mã đặt tên là Bombe, phỏng theo tên Bomba của Ba Lan. Thực chất nó là chiếc máy tính hiện đại đầu tiên của nhân loại.

Chiếc máy cơ-điện tử này gồm 80 đèn điện tử và rất nhiều rơ-le, nó to như cái giá sách, cao 2 mét, chiều rộng vài mét. Bombe mỗi giây có thể sử dụng 150 triệu cách giải mã, trong lúc máy Enigma của Đức chỉ có khả năng cung cấp 17,2 triệu cách tổ hợp mã. Bombe mỗi giây đọc được 2000 mã. Trung tâm giải mã Bletchley đã lắp được 210 chiếc máy Turing Bombe.

Do có tốc độ tính toán nhanh, mỗi ngày hệ thống Turing Bombe này giải mã được khoảng 3.000 bức điện của quân đội Đức sử dụng mã Enigma. Nhờ thế hầu như nội dung tất cả mật điện của Đức đều bị Bộ Chỉ huy của Churchill nắm được, tạo ra thế chủ động cho phía Anh.

Kết quả là máy bay Đức đến ném bom nơi nào thì nơi ấy người Anh đã sơ tán dân và bố trí sẵn lực lượng phòng không-không quân dầy đặc để chủ động đối phó. Sau 10 tháng (7/1940-5/1941) điên cuồng ném bom đất Anh để chuẩn bị đổ quân lên đảo quốc này, Hitler mất hơn 1.500 máy bay và phi công; bị thua quá đau, Hitler phải ngừng chiến dịch này.

Nhiều tàu ngầm Đức bị diệt vì lộ vị trí, khiến chúng không dám bén mảng ra Đại Tây Dương phục kích tàu chở hàng viện trợ Mỹ như trước. Cũng do giải được mật điện của địch nên phía Anh đã tìm ra tọa độ thiết giáp hạm Bismarck lớn nhất thế giới, “Niềm kiêu hãnh của Đế chế III Đức” và đánh chìm tàu này vào ngày 27/5/1941 – đây là một chiến công có ý nghĩa tinh thần rất lớn đối với nước Anh và từ đó hải quân Đức không dám tấn công Anh nữa. Năm 1942, quân đoàn Đức do thống chế Erwin Rommel chỉ huy đóng ở Bắc Phi chuẩn bị tấn công Ai Cập thì phát hiện thiếu đạn dược, phải điện về Berlin xin tiếp tế, nhưng các tàu biển chở vũ khi từ Đức đi châu Phi đều bị máy bay, tàu chiến, tàu ngầm Anh biết trước đánh chìm gần hết. Tháng 8/1942, Rommel định phá vây về phía Cairo thủ đô Ai Cập thì Tập đoàn quân số 8 của Anh nắm được kế hoạch ấy nên đã giáng cho quân Đức những đòn sấm sét khiến quân đoàn Bắc Phi của Rommel hoàn toàn tan rã sau khi mất 59 nghìn lính.

Công tác giải mã cũng giúp Đồng minh đổ bộ thắng lợi lên Bắc Phi, Ý, Pháp và giành thắng lợi trong chiến dịch Normandy vĩ đại đổ bộ lên châu Âu.

Sau khi Thế chiến II kết thúc, trong một lần đến thăm công viên Bletchley, Thủ tướng Churchill nói: Nếu không có những người thầm lặng làm việc ở Bletchley Park thì có lẽ thống chế Rommel tư lệnh quân đoàn Đức ở Bắc Phi đã chiếm được Cairo ngay từ năm 1942 và nhờ đó kiểm soát Địa Trung Hải, chặn đường tiếp tế trên biển của Đồng minh. Mặt khác tàu ngầm Đức cũng sẽ cắt đứt tuyến hàng viện trợ từ Mỹ sang Anh và cuộc đại chiến phản công tuyệt vời ngày 6/6/1944 (tức cuộc đổ bộ Normandy) sẽ phải hoãn tới năm 1946, ngày chiến thắng của Thế chiến II chưa biết sẽ lùi lại đến năm nào tháng nào. “Thế nhưng may mắn sao tất cả những chuyện ấy đã không xảy ra bởi vì các thiên tài khoa học của chúng ta đã phá được khóa mật mã Enigma, nhờ đó chúng ta giành được chủ động, đánh bại lũ điên cuồng chiến tranh. Chúng ta chớ nên quên câu chuyện xảy ra trong công viên này.” – ông nói.

Các sử gia cho rằng nhờ giải được mật mã Enigma mà chiến tranh sớm kết thúc được 2 năm. Thủ tướng Brown cũng viết: “Nếu không có cống hiến xuất sắc của Turing, lịch sử Thế chiến II có thể đã rất khác.”

Đúng vậy, trong chiến tranh, thời gian là yếu tố vô cùng quan trọng. Ngày ấy Đức đang dẫn đầu thế giới về vật lý hạt nhân; hai năm có lẽ là đủ để phát xít Đức làm được bom nguyên tử, và khi đó cục diện chiến tranh chắc chắn sẽ khác hẳn. Sau khi Pháp đầu hàng Đức (6/1940), châu Âu chỉ còn lại nước Anh chống phát xít Đức. Nếu viện trợ từ Mỹ bị cắt thì Anh sẽ không thể chống lại nổi sự tấn công vũ bão của Đức và rất có thể Đức đã chiếm được Anh. Bà Kelsey Griffin Giám đốc Viện Bảo tàng Công viên Bletchley có lý khi nói Turing xếp ngang hàng cùng Churchill như một trong những người Anh vĩ đại của chúng ta.

Công việc của 12 nghìn người ở công viên Bletchley được giữ bí mật tuyệt đối, gián điệp Đức không hay biết chút gì. Vả lại Đức quốc xã cuồng tín quá tin tưởng vào ưu thế của mật mã Enigma cho nên họ hoàn toàn không tưởng tượng nổi người Anh lại phá được mật mã này. “Những con gà của tôi đẻ trứng vàng mà không bao giờ kêu cục tác”. (My geese that laid the golden eggs and never cackled) – Thủ tướng Churchill nói về việc giữ bí mật công tác giải mã.

Cũng vì thế mà trong mấy chục năm liền không ai hay biết về thành tựu khoa học và công trạng hiển hách của Turing – Trưởng cố vấn Trung tâm giải mã (Codebreaking centre); cũng không ai biết Turing Bombe chính là thế hệ máy tính đầu tiên của loài người.

Ngay sau khi chiến tranh chấm dứt, theo lệnh của Churchill, người ta đã tháo dỡ phá hủy hết các thiết bị chế tạo tại Trung tâm giải mã đặt trong công viên Bletchley; những người làm việc ở đây (khoảng 12.000 người, có lúc 3/4 là nữ) phải tuyên thệ giữ bí mật công việc của họ.

Cho tới năm 1989 khi chính phủ Anh cho phép giải mật các hồ sơ mật về Thế chiến II, dư luận mới biết một số tin tức về các sáng chế phát minh của Trung tâm giải mã Bletchley.

Turing sau chiến tranh

Từ năm 1945, Turing kiêm nhiệm làm việc tại Phòng Thí nghiệm Vật lý Quốc gia, nghiên cứu lý luận máy tính. Năm 1946 ông được Hoàng gia Anh tặng huân chương OBE, một vinh dự khá cao. Những năm 1947-1948 ông nghiên cứu vấn đề trí tuệ nhân tạo, làm Phó Giám đốc Phòng Thí nghiệm tính toán tại Đại học Manchester. Năm 1949 Turing trở thành nhà khoa học đầu tiên thực tế dùng máy tính để nghiên cứu toán học. Năm 1950 ông công bố luận văn “Máy tính và trí năng”, đưa ra “Phép thử Turing” (Turing Test) nổi tiếng, đặt nền móng cho khoa học trí tuệ nhân tạo. Năm 1951 ông bắt đầu nghiên cứu lý thuyết phi tuyến tính của các sinh vật. Ở tuổi 39, Turing được bầu làm thành viên Hội khoa học Hoàng gia (chức danh này còn gọi là viện sĩ).

xem thêm nội dung