Machine de Turing : Histoire, rôle et utilisation

Certains d’entre vous ont peut-être entendu parler d’Alan Turing et de sa fameuse machine par le film The Imitation Game, ou par la pièce de théâtre La Machine de Turing ; deux excellentes productions. 

Où alors peut-être avez-vous simplement entendu une anecdote sur le logo Apple qui a piqué votre curiosité. Quoi qu’il en soit, vous êtes au bon endroit pour tout apprendre sur la Machine de Turing, son histoire, son but et ses échos dans l’informatique actuelle. Alors, c’est parti !

Qu’est-ce que la machine de Turing ?

Pendant la seconde guerre mondiale, les Allemands utilisaient un code pour chiffrer leurs message : Enigma. Le décodage de ce code était fondamental pour espérer gagner la guerre, et sauver la vie de milliers de soldats. 

C’est ici qu’est intervenu le mathématicien et cryptologue Alan Turing. Quelques années avant, il avait créé un concept théorique, la machine de Turing, et à partir de ce concept, il a pu superviser la création d’une machine pour déchiffrer Enigma dont bon nombre d’historiens s’accordent à dire qu’elle a largement participé à la victoire des alliés.

Des années après la guerre, Alan Turing est condamné pour homosexualité par le gouvernement anglais, et contraint à la castration chimique. Il se suicide en croquant dans une pomme empoisonnée, ce qui inspirera le célèbre logo de la marque Apple.

Pour en revenir à la machine de Turing, on peut la définir comme un modèle abstrait qui représenterait un automate en train d’accomplir une procédure : un algorithme. Le support de la machine est un ruban d’une longueur infinie sur lequel la machine inscrit des symboles.

La thèse de Church-Turing stipule que cette machine imaginaire est capable de résoudre n’importe quel problème algorithmique. Cette thèse est indémontrable, et donc incontradictible car la machine reste aujourd’hui conceptuelle et théorique.

Comment fonctionne la machine de Turing ?

Le fonctionnement d’une machine de Turing est simple, mais offre un nombre infini de possibilités de calcul. Il s’appuie sur un ruban, de longueur infinie, une tête de lecture et d’écriture ainsi qu’un registre d’états. En s’appuyant sur le ruban et l’état, la machine avance dans son calcul.

Chaque état donne une consigne particulière à la machine qui va s’appliquer en fonction de ce que la machine lit sur la case du ruban. C’est en additionnant un nombre potentiellement infini de calculs minimaux que la machine Alan Turing en vient à résoudre n’importe quel calcul.

Ainsi, la machine inscrit un premier symbole dans la première case du ruban, puis passe à la case suivante. Elle décide de la marche à suivre pour l’étape suivante en fonction de ce qu’elle lit dans la case, et de l’état dans lequel elle se trouve, à partir d’un ensemble de scénarios pré-enregistrés.

En revanche, il faut la paramétrer efficacement, c’est-à-dire lui intégrer un programme pour lui donner un objectif. Comme un humain prendrait des consignes pour travailler sur un problème, la machine de Turing a besoin qu’on lui mette en mémoire, dans son langage, les éléments du problème.

Quel est le but de la machine de Turing ?

À l’origine, la machine de Turing est un concept mathématique. Cela signifie que son but est purement théorique. Elle permet de calculer tout calcul qui pourrait être exécuté par un système physique, donc elle simplifie le principe du calcul à son état le plus essentiel.

Par la suite, le concept de la machine de Turing, et notamment celui du ruban infini et de la chaîne de bits ont été utilisés, et sont encore utilisés comme une base dans l’informatique moderne. Elle a par exemple servi de pilier pour créer les ordinateurs.

Qu’est-ce qu’une machine de Turing universelle ?

La machine de Turing universelle est un autre principe théorique du mathématicien Alan Turing : celui qu’une machine de Turing serait capable de calculer le comportement d’une autre. Ainsi, toute machine de Turing pourrait en simuler une autre. C’est la machine de Turing Universelle.

Comment utiliser une machine de Turing ?

La machine de Turing ne s’utilise pas à proprement parler. En revanche, elle peut servir de modèle pour tout calculateur : en informatique, en chiffrement, en intelligence artificielle. On se sert du concept de machine de Turing pour l’implémenter dans un système neuf nécessitant de faire des calculs.

Sur Internet, on peut trouver différents simulateurs qui permettent de mieux comprendre le fonctionnement d’une machine de Turing, et même de l’utiliser soi-même.

Dans quels domaines la machine de Turing était utilisée ? 

La machine de Turing a servi, et sert encore, de base à l’informatique moderne. Son système d’opération basé sur la chaîne de bits est à l’origine des premiers ordinateurs, et théoriquement capable de résoudre tout calcul qu’un ordinateur physique pourrait résoudre.

Aujourd’hui, les travaux d’Alan Turing, et notamment sa machine sont encore largement utilisés dans les domaines de l’intelligence artificielle (IA) et de la cybersécurité. Alan Turing est souvent considéré comme le père de l’intelligence artificielle. Il a même inventé un test permettant de distinguer un être humain d’un ordinateur : le test de Turing.

Dans l’Histoire, la machine d’Alan Turing  a eu deux impacts majeurs. D’abord, elle a servi de base à une machine physique appelée “Bombe”, puis “Colossus” qui a permis de déchiffrer le code Allemand Enigma, et ainsi de surveiller les communications de l’armée ennemie.

Ensuite, la machine de Turing, par son système de calculs, a inspiré la création des premiers ordinateurs. Pour l’anecdote, quand Steve Jobs cherchera, des années plus tard, un logo pour Apple, il adoptera la pomme croquée en hommage à Alan Turing qui s’est suicidé en croquant une pomme empoisonnée.

 

Comment cette invention est-elle encore utilisée aujourd’hui en cybersécurité ou IA ?

Avec sa machine au ruban infini, Alan Turing a créé un principe fondateur en IA et en cybersécurité : le machine learning. Aussi, quand la machine prend une décision, elle la garde en mémoire et tiendra compte du résultat pour un choix futur. 

En cybersécurité, le principe de la machine de Turing permet donc d’inspecter des chaînes de données à la recherche d’anomalies, et en IA, de simuler l’intelligence humaine à partir d’un réseau de calculs et de décisions basées sur ces calculs.

La machine de Turing : l’essentiel à retenir 

• La machine de Turing n’est pas une machine réelle, mais un concept mathématique.

 

• Alan Turing a cependant inventé de véritables machines pour déchiffrer le code allemand Enigma pendant la guerre

 

• La machine théorique de Turing fonctionne à l’aide d’un ruban infini, sur lequel une tête d’écriture et de lecture grave un symbole par case avant de passer à la case suivante en fonction de son registre d’états.

 

• Le concept de la machine de Turing est à l’origine, d’abord de l’ordinateur, puis de l’intelligence artificielle.

 

• Aujourd’hui, les travaux de Turing sont encore largement utilisés dans les domaines de l’intelligence artificielle et de la cybersécurité.

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