Números verdadeiramente aleatórios são necessários para necessidades de segurança cibernética, em jogos, para modelagem científica, etc. Parece que qual é o problema - obter um número aleatório? Os computadores podem facilmente lidar com essa tarefa. No entanto, na realidade, a maioria dos números aleatórios que eles geram não são verdadeiramente aleatórios.
Os computadores usam um algoritmo para gerar números aleatórios com base na posição inicial da semente. Devido ao fato de o processo de geração ser determinístico, os números parecem ser aleatórios, mas não exatamente. Na maioria dos casos, isso não é crítico, números pseudo-aleatórios são suficientes. Mas quando se trata, por exemplo, de proteção de dados, isso pode se tornar um problema. Dadas informações suficientes sobre o algoritmo ou sua saída, pode-se encontrar padrões nos números que ele produz. E, em geral, as pessoas precisam de números aleatórios reais.
Um grupo de físicos da Brown University desenvolveu um método que poderia gerar milhões de números aleatórios por segundo. Ele usa o comportamento de skyrmions, pequenas anomalias magnéticas que ocorrem em alguns materiais bidimensionais.
Publicado na Nature Communications, o estudo revela dinâmicas anteriormente inexploradas de skyrmions únicos. Descobertos há cerca de meio século, os skyrmions despertaram grande interesse, pois seu estudo pode abrir caminho para a próxima geração de dispositivos computacionais que aproveitem as propriedades magnéticas das partículas (spintrônica).
Muitas pesquisas foram feitas usando o movimento de skyrmions para realizar cálculos, mas foi isso que mostrou que, além do movimento global de skyrmions através do material, o comportamento local de skyrmions individuais também pode ser útil.
Skyrmions surgem devido ao "desenrolamento" de elétrons em materiais ultrafinos. O spin pode ser pensado como o pequeno momento magnético de cada elétron que aponta para cima, para baixo ou para o meio. Alguns materiais bidimensionais em seus estados de energia mais baixos têm uma propriedade chamada anisotropia magnética perpendicular, o que significa que todos os spins dos elétrons são perpendiculares ao filme. Quando esses materiais são excitados pela eletricidade ou por um campo magnético, alguns dos elétrons se invertem à medida que a energia do sistema aumenta. Quando isso acontece, os spins dos elétrons ao redor são perturbados até certo ponto, formando um redemoinho magnético ao redor do elétron invertido, o skyrmion.
Skyrmions, que normalmente têm um diâmetro de cerca de 1 micrômetro ou menos, se comportam como um tipo de partícula que varre o material de um lado para o outro. E uma vez formados, é muito difícil se livrar deles. Por serem tão confiáveis, os pesquisadores estão interessados em usar seu movimento para realizar cálculos e armazenar dados.
Para o estudo, filmes magnéticos finos foram feitos usando uma técnica que criava defeitos sutis na rede atômica do material. Quando os skyrmions se formam em um material, esses defeitos, que os pesquisadores chamam de centros de fixação, mantêm os skyrmions firmemente no lugar, em vez de permitir que eles se movam como de costume.
Quando um skyrmion é mantido no lugar, seu tamanho flutua aleatoriamente. Se uma parte do skyrmion for pressionada firmemente contra um centro de ancoragem, o resto do skyrmion salta para frente e para trás entre os diâmetros grande e pequeno. Essa flutuação, que ocorre aleatoriamente, pode ser medida e usada para gerar números aleatórios.
A mudança no tamanho do skyrmion ocorre com a ajuda do chamado efeito Hall anômalo, que é uma tensão que se propaga pelo material. Esta voltagem é sensível ao componente perpendicular dos spins do elétron. Quando o tamanho do skyrmion muda, a tensão muda a um grau que é fácil de medir.
Os pesquisadores calcularam que, otimizando a distância entre os defeitos em seu dispositivo, eles poderiam produzir até 10 milhões de dígitos aleatórios por segundo.
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