Kvazičástice používané ke generování milionů skutečně náhodných čísel za sekundu

Náhodná čísla jsou pro výpočet zásadní, ale naše současné algoritmy nejsou ve skutečnosti náhodné. Vědci z Brown University nyní našli způsob, jak využít fluktuace kvazičástic a generovat miliony skutečně náhodných čísel za sekundu.

Generátory náhodných čísel jsou klíčovou součástí počítačového softwaru, ale technicky zcela neodpovídají svému jménu. Algoritmy, které generují tato čísla, jsou stále deterministické, což znamená, že každý, kdo má dostatek informací o tom, jak to funguje, by mohl potenciálně najít vzory a předvídat vytvořená čísla. Tato pseudonáhodná čísla stačí pro použití s ​​nízkými sázkami, jako je hraní her, ale pro vědecké simulace nebo kybernetickou bezpečnost jsou důležitá skutečně náhodná čísla.

V posledních letech se vědci obrátili do podivného světa kvantové fyziky pro skutečnou randomizaci, pomocí fotonů generovali řetězce náhodných jedniček a nul nebo naráželi na kvantové vibrace diamantu. A pro novou studii se Brown vědci pokusili o něco podobného.

Skyrmiony nejsou přesně částice, ale částice podobné efekty, které vznikají z uspořádání elektronů. Začíná tím, že se ujistíte, že všechny elektrony v materiálu mají spiny směřující stejným směrem. Poté, když je tento materiál excitován elektřinou nebo magnetickým polem, některé elektrony přetočí své rotace opačným směrem než jejich vrstevníci. Přitom také deformuje rotace elektronů obklopujících převrácený, čímž vytváří jakýsi vířivý efekt známý jako skyrmion.

V této studii vědci vytvořili magnetické tenké filmy s defekty, které připevnily skyrmiony na místo. To způsobí, že náhodně kolísají ve velikosti, ovíjejí se kolem ostatních sousedních „přichycovacích center“, zmenšují se a rostou. Různé velikosti skyrmionu produkují v materiálu různá napětí a to lze měřit, aby se vytvořily řetězce náhodných číslic.

Vědci odhadují, že optimalizací toho, jak daleko od sebe jsou defekty v materiálu, by tato technika mohla produkovat až 10 milionů náhodných číslic za sekundu. To by mohl být mimo jiné obrovský průlom v oblasti kybernetické bezpečnosti.

„To nám dává nový způsob generování skutečných náhodných čísel, který by mohl být užitečný pro mnoho aplikací,“ řekl Gang Xiao, hlavní autor studie. „Tato práce nám také poskytuje nový způsob, jak využít sílu skyrmionů, když se podíváme na jejich místní dynamiku i na jejich globální pohyby.“

Výzkum byl publikován v časopise Příroda komunikace.

Zdroj: Brown University