Skutočne náhodné čísla sú potrebné pre potreby kybernetickej bezpečnosti, v hrách, na vedecké modelovanie atď. Zdá sa, že v čom je problém – získať náhodné číslo? Počítače sa s touto úlohou ľahko vyrovnajú. V skutočnosti však väčšina náhodných čísel, ktoré generujú, nie je skutočne náhodná.
Počítače používajú algoritmus na generovanie náhodných čísel na základe počiatočnej polohy semena. Vzhľadom na skutočnosť, že proces generovania je deterministický, čísla sa zdajú byť náhodné, ale nie celkom. Vo väčšine prípadov to nie je kritické, stačia pseudonáhodné čísla. Ale pokiaľ ide napríklad o ochranu údajov, môže to byť problém. Ak máme dostatok informácií o algoritme alebo jeho výstupe, môžeme nájsť vzory v číslach, ktoré produkuje. A vo všeobecnosti ľudia potrebujú skutočné náhodné čísla.
Skupina fyzikov z Brown University vyvinula metódu, ktorá by mohla potenciálne generovať milióny náhodných čísel za sekundu. Využíva správanie skyrmiónov, drobných magnetických anomálií, ktoré sa vyskytujú v niektorých dvojrozmerných materiáloch.
Štúdia publikovaná v Nature Communications odhaľuje predtým nepreskúmanú dynamiku jednotlivých skyrmiónov. Skyrmiony, ktoré boli objavené asi pred polstoročím, vzbudili veľký záujem, pretože ich štúdia by mohla pripraviť cestu pre ďalšiu generáciu výpočtových zariadení, ktoré využívajú magnetické vlastnosti častíc (spintronika).
Uskutočnilo sa veľa výskumov pomocou pohybu skyrmiónov na vykonávanie výpočtov, ale práve toto ukázalo, že okrem globálneho pohybu skyrmiónov materiálom môže byť užitočné aj lokálne správanie jednotlivých skyrmiónov.
Skyrmióny vznikajú v dôsledku „odvíjania“ elektrónov v ultratenkých materiáloch. Spin si možno predstaviť ako malý magnetický moment každého elektrónu, ktorý smeruje hore, dole alebo uprostred. Niektoré dvojrozmerné materiály vo svojich najnižších energetických stavoch majú vlastnosť nazývanú kolmá magnetická anizotropia, čo znamená, že všetky spiny elektrónov sú kolmé na film. Keď sú tieto materiály excitované elektrinou alebo magnetickým poľom, niektoré rotácie elektrónov sa otáčajú, keď sa zvyšuje energia systému. Keď sa to stane, rotácie okolitých elektrónov sú do určitej miery narušené, čím sa vytvorí magnetický vír obklopujúci invertovaný elektrón, skyrmion.
Skyrmiony, ktoré majú zvyčajne priemer asi 1 mikrometer alebo menej, sa správajú ako druh častíc, ktoré prechádzajú materiálom zo strany na stranu. A keď už sa vytvoria, je veľmi ťažké sa ich zbaviť. Pretože sú také spoľahlivé, výskumníci majú záujem využiť ich pohyb na vykonávanie výpočtov a ukladanie údajov.
Pre štúdiu boli tenké magnetické filmy vyrobené pomocou techniky, ktorá vytvorila jemné defekty v atómovej mriežke materiálu. Keď sa skyrmiony vytvoria v materiáli, tieto defekty, ktoré výskumníci nazývajú pripínacie centrá, držia skyrmiony pevne na mieste, namiesto toho, aby sa mohli pohybovať ako zvyčajne.
Keď je skyrmion držaný na mieste, jeho veľkosť náhodne kolíše. Ak je jedna časť skyrmionu pevne pritlačená k jednému kotviacemu stredu, zvyšok skyrmionu skáče tam a späť medzi veľkým a malým priemerom. Toto kolísanie, ktoré sa vyskytuje náhodne, možno merať a použiť na generovanie náhodných čísel.
K zmene veľkosti skyrmionu dochádza pomocou takzvaného anomálneho Hallovho javu, čo je napätie šíriace sa materiálom. Toto napätie je citlivé na kolmú zložku rotácií elektrónov. Keď sa veľkosť skyrmionu zmení, napätie sa zmení na stupeň, ktorý sa dá ľahko zmerať.
Výskumníci vypočítali, že optimalizáciou vzdialenosti medzi chybami v ich zariadení by mohli produkovať až 10 miliónov náhodných číslic za sekundu.
bbabo.Net