Verkligen slumpmässiga siffror krävs för cybersäkerhetsbehov, i spel, för vetenskaplig modellering, etc. Det verkar som vad är problemet - att få ett slumptal? Datorer kan enkelt klara av denna uppgift. Men i verkligheten är de flesta av de slumptal som de genererar inte riktigt slumpmässiga.
Datorer använder en algoritm för att generera slumpmässiga tal baserat på fröets initiala position. På grund av det faktum att genereringsprocessen är deterministisk verkar siffrorna vara slumpmässiga, men inte riktigt. I de flesta fall är detta inte kritiskt, pseudoslumptal räcker. Men när det gäller till exempel dataskydd kan detta bli ett problem. Givet tillräckligt med information om algoritmen eller dess utdata kan man hitta mönster i siffrorna den producerar. Och i allmänhet behöver människor riktiga slumptal.
En grupp fysiker vid Brown University har utvecklat en metod som potentiellt kan generera miljontals slumpmässiga tal per sekund. Den använder beteendet hos skyrmioner, små magnetiska anomalier som förekommer i vissa tvådimensionella material.
Publicerad i Nature Communications visar studien tidigare outforskad dynamik hos enstaka skyrmioner. Skyrmioner upptäcktes för ungefär ett halvt sekel sedan och väckte stort intresse, eftersom deras studie kunde bana väg för nästa generation av datorenheter som drar fördel av partiklarnas magnetiska egenskaper (spintronik).
Mycket forskning har gjorts med hjälp av skyrmions rörelse för att utföra beräkningar, men det är vad som visade att förutom den globala rörelsen av skyrmioner genom materialet, kan lokala beteenden hos individuella skyrmioner också vara användbart.
Skyrmioner uppstår på grund av "avlindningen" av elektroner i ultratunna material. Spinn kan ses som det lilla magnetiska momentet för varje elektron som pekar uppåt, nedåt eller i mitten. Vissa tvådimensionella material i sina lägsta energitillstånd har en egenskap som kallas vinkelrät magnetisk anisotropi, vilket innebär att alla elektronsnurr är vinkelräta mot filmen. När dessa material exciteras av elektricitet eller ett magnetfält, vänder en del av elektronsnurren när energin i systemet ökar. När detta händer störs spinnen av de omgivande elektronerna i viss utsträckning, vilket bildar en magnetisk virvel som omger den inverterade elektronen, skyrmion.
Skyrmioner, som vanligtvis har en diameter på cirka 1 mikrometer eller mindre, beter sig som en sorts partikel som sveper genom materialet från sida. Och när de väl har bildats är det väldigt svårt att bli av med dem. Eftersom de är så tillförlitliga är forskare intresserade av att använda sin rörelse för att utföra beräkningar och lagra data.
För studien gjordes tunna magnetiska filmer med en teknik som skapade subtila defekter i materialets atomgitter. När skyrmioner bildas i ett material håller dessa defekter, som forskare kallar pinning centers, skyrmionerna stadigt på plats i stället för att låta dem röra sig som vanligt.
När en skyrmion hålls på plats, fluktuerar dess storlek slumpmässigt. Om en del av skyrmion pressas hårt mot ett förankringscentrum, hoppar resten av skyrmion fram och tillbaka mellan de stora och små diametrarna. Denna fluktuation, som sker slumpmässigt, kan mätas och användas för att generera slumptal.
Förändringen av skyrmionens storlek sker med hjälp av den så kallade anomala Hall-effekten, som är en spänning som utbreder sig genom materialet. Denna spänning är känslig för den vinkelräta komponenten av elektronsnurrarna. När storleken på skyrmion ändras ändras spänningen till en grad som är lätt att mäta.
Forskarna beräknade att optimera avståndet mellan defekter i sin enhet kunde de producera upp till 10 miljoner slumpmässiga siffror per sekund.
bbabo.Net