Случайные числа имеют решающее значение для вычислений, но наши текущие алгоритмы не являются по-настоящему случайными. Исследователи из Брауновского университета теперь нашли способ использовать флуктуации квазичастиц для генерации миллионов действительно случайных чисел в секунду.
Генераторы случайных чисел являются ключевыми частями компьютерного программного обеспечения, но технически они не совсем соответствуют своему названию. Алгоритмы, которые генерируют эти числа, по-прежнему детерминированы, а это означает, что любой, у кого достаточно информации о том, как это работает, потенциально может найти закономерности и предсказать полученные числа. Этих псевдослучайных чисел достаточно для использования с низкими ставками, например, для игр, но для научных симуляций или кибербезопасности важны действительно случайные числа.
В последние годы ученые обратились к странному миру квантовой физики для истинной рандомизации, используя фотоны для генерации строк случайных единиц и нулей или подключаясь к квантовым вибрациям алмаза. И для нового исследования ученые Брауновского университета попробовали что-то подобное.
Скирмионы — это не совсем частицы, а частице-подобные эффекты, возникающие из-за расположения электронов. Это начинается с того, что все электроны в материале имеют спины, направленные в одном направлении. Затем, когда этот материал возбуждается электричеством или магнитным полем, некоторые электроны поворачивают свои спины в направлении, противоположном их «коллегам». Тем самым, это также коробит спины электронов, окружающих перевернутые, создавая своего рода эффект «вихрей», известный как скирмион.
В этом исследовании, исследователи создали тонкие магнитные пленки с дефектами, которые закрепили скирмионы на месте. Это заставляло их случайным образом (хаотично) колебаться в размере, оборачиваясь вокруг других соседних «центров закрепления», сжимаясь и увеличиваясь. Разные размеры скирмионов создают разное напряжение в материале, и это можно измерить, чтобы получить строки случайных цифр.
Исследователи подсчитали, что за счет оптимизации расстояния между дефектами в материале этот метод может производить до 10 миллионов случайных цифр в секунду. Среди прочего, это может стать огромным прорывом в области кибербезопасности.
«Это дает нам новый способ генерации настоящих случайных чисел, который может быть полезен для многих приложений», — сказал Ган Сяо, старший автор исследования. «Эта работа также дает нам новый способ освоения силы скирмионов, рассматривая их локальную динамику, а также их глобальные движения».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
