Наистина произволни числа са необходими за нуждите на киберсигурността, в игрите, за научното моделиране и т.н. Изглежда какъв е проблемът - получаването на произволно число? Компютрите могат лесно да се справят с тази задача. В действителност обаче повечето от произволните числа, които генерират, не са наистина случайни.
Компютрите използват алгоритъм за генериране на произволни числа въз основа на първоначалната позиция на семето. Поради факта, че процесът на генериране е детерминиран, числата изглеждат случайни, но не съвсем. В повечето случаи това не е критично, достатъчни са псевдослучайни числа. Но когато става въпрос например за защита на данните, това може да се превърне в проблем. Като се има предвид достатъчно информация за алгоритъма или неговия изход, човек може да намери модели в числата, които произвежда. И като цяло хората се нуждаят от реални случайни числа.
Група физици от университета Браун са разработили метод, който потенциално може да генерира милиони произволни числа в секунда. Той използва поведението на скирмиони, малки магнитни аномалии, които се срещат в някои двуизмерни материали.
Публикувано в Nature Communications, проучването разкрива досега неизследвана динамика на единични скирмиони. Открити преди около половин век, skyrmions предизвикаха голям интерес, тъй като тяхното изследване може да проправи пътя за следващото поколение изчислителни устройства, които се възползват от магнитните свойства на частиците (спинтроника).
Извършени са много изследвания, използвайки движението на skyrmion за извършване на изчисления, но това е, което показа, че в допълнение към глобалното движение на skyrmions през материала, локалното поведение на отделните skyrmions също може да бъде полезно.
Скирмионите възникват поради "развиването" на електроните в ултратънки материали. Спинът може да се разглежда като малкия магнитен момент на всеки електрон, който сочи нагоре, надолу или в средата. Някои двуизмерни материали в техните най-ниски енергийни състояния имат свойство, наречено перпендикулярна магнитна анизотропия, което означава, че всички завъртания на електрони са перпендикулярни на филма. Когато тези материали се възбуждат от електричество или магнитно поле, някои от завъртанията на електроните се обръщат, когато енергията на системата се увеличава. Когато това се случи, завъртанията на околните електрони се смущават до известна степен, образувайки магнитен водовъртеж, обграждащ обърнатия електрон, скирмиона.
Скирмионите, които обикновено имат диаметър около 1 микрометър или по-малко, се държат като вид частица, която преминава през материала от страна. И след като са се образували, е много трудно да се отървете от тях. Тъй като са толкова надеждни, изследователите се интересуват от използването на тяхното движение за извършване на изчисления и съхраняване на данни.
За изследването са направени тънки магнитни филми с помощта на техника, която създава фини дефекти в атомната решетка на материала. Когато скирмионите се образуват в материал, тези дефекти, които изследователите наричат центрове за закрепване, държат скирмионите здраво на място, вместо да им позволяват да се движат както обикновено.
Когато skyrmion се държи на място, неговият размер варира произволно. Ако една част от скирмиона се притисне плътно към един център за закотвяне, останалата част от скирмиона скача напред-назад между големия и малкия диаметър. Това колебание, което се случва на случаен принцип, може да бъде измерено и използвано за генериране на произволни числа.
Промяната в размера на скирмиона се осъществява с помощта на така наречения аномален ефект на Хол, който представлява напрежение, разпространяващо се през материала. Това напрежение е чувствително към перпендикулярния компонент на завъртанията на електрона. Когато размерът на skyrmion се промени, напрежението се променя до степен, която е лесна за измерване.
Изследователите са изчислили, че чрез оптимизиране на разстоянието между дефектите в устройството си, те могат да произведат до 10 милиона произволни цифри в секунда.
bbabo.Net