Resnično naključne številke so potrebne za potrebe kibernetske varnosti, v igrah, za znanstveno modeliranje itd. Zdi se, v čem je težava - pridobiti naključno število? Računalniki se zlahka spopadejo s to nalogo. Vendar v resnici večina naključnih števil, ki jih ustvarijo, ni resnično naključnih.
Računalniki uporabljajo algoritem za generiranje naključnih števil na podlagi začetnega položaja semena. Zaradi dejstva, da je proces generiranja determinističen, se zdi, da so številke naključne, vendar ne povsem. V večini primerov to ni kritično, dovolj so psevdonaključne številke. Ko pa gre na primer za varstvo podatkov, lahko to postane problem. Če imamo dovolj informacij o algoritmu ali njegovem izhodu, lahko najdemo vzorce v številkah, ki jih ustvari. In na splošno ljudje potrebujejo resnična naključna števila.
Skupina fizikov z univerze Brown je razvila metodo, ki bi lahko ustvarila milijone naključnih števil na sekundo. Uporablja obnašanje skyrmionov, drobnih magnetnih anomalij, ki se pojavljajo v nekaterih dvodimenzionalnih materialih.
Študija, objavljena v Nature Communications, razkriva prej neraziskano dinamiko posameznih skyrmionov. skyrmioni, ki so jih odkrili pred približno pol stoletja, so vzbudili veliko zanimanje, saj bi njihova študija lahko utrla pot naslednji generaciji računalniških naprav, ki izkoriščajo magnetne lastnosti delcev (spintronika).
Veliko raziskav je bilo opravljenih z uporabo skyrmiona za izvajanje izračunov, vendar je to pokazalo, da je poleg globalnega gibanja skyrmionov skozi material lahko koristno tudi lokalno vedenje posameznih skyrmionov.
Skyrmions nastanejo zaradi "odvijanja" elektronov v ultratankih materialih. Spin si lahko predstavljamo kot majhen magnetni moment vsakega elektrona, ki kaže navzgor, navzdol ali na sredino. Nekateri dvodimenzionalni materiali v svojih najnižjih energijskih stanjih imajo lastnost, imenovano pravokotna magnetna anizotropija, kar pomeni, da so vsi vrti elektronov pravokotni na film. Ko se ti materiali vzbujajo z elektriko ali magnetnim poljem, se nekateri vrti elektronov obrnejo, ko se energija sistema poveča. Ko se to zgodi, se vrtenja okoliških elektronov do neke mere motijo in tvorijo magnetni vrtinec, ki obdaja obrnjen elektron, skyrmion.
Skyrmions, ki imajo običajno premer približno 1 mikrometer ali manj, se obnašajo kot neke vrste delec, ki pometava skozi material od strani. In ko so nastali, se jih je zelo težko znebiti. Ker so tako zanesljivi, so raziskovalci zainteresirani za uporabo njihovega gibanja za izvajanje izračunov in shranjevanje podatkov.
Za študijo so bili izdelani tanki magnetni filmi s tehniko, ki je ustvarila subtilne napake v atomski mreži materiala. Ko se skyrmioni oblikujejo v materialu, te napake, ki jih raziskovalci imenujejo centri za pripenjanje, držijo skyrmione trdno na mestu, namesto da bi jim omogočili, da se premikajo kot običajno.
Ko skyrmion držimo na mestu, njegova velikost naključno niha. Če je en del skyrmiona tesno pritisnjen na eno sidrno središče, preostali del skyrmiona skače naprej in nazaj med velikim in majhnim premerom. To nihanje, ki se pojavi naključno, je mogoče izmeriti in uporabiti za ustvarjanje naključnih številk.
Sprememba velikosti skyrmiona se pojavi s pomočjo tako imenovanega anomalnega Hallovega učinka, ki je napetost, ki se širi skozi material. Ta napetost je občutljiva na pravokotno komponento vrtenja elektronov. Ko se velikost skyrmiona spremeni, se napetost spremeni do stopnje, ki jo je enostavno izmeriti.
Raziskovalci so izračunali, da bi z optimizacijo razdalje med napakami v njihovi napravi lahko proizvedli do 10 milijonov naključnih števk na sekundo.
bbabo.Net