Kvázirészecskékkel másodpercenként több millió véletlenszerű szám generálható

A Brown Egyetem kutatói megtalálták a módját annak, hogy az úgynevezett kvázirészecskék ingadozását kihasználva másodpercenként több millió véletlen számot hozzanak létre.

A véletlenszám-generátorok a számítógépes szoftverek kulcsfontosságú részei, ám technikailag nem igazán felelnek meg a nevüknek. Az algoritmusok, amelyek ezeket a számokat előállítják, még mindig determinisztikusak, ami azt jelenti, hogy bárki, aki elég információval rendelkezik a működésükről, potenciálisan képes lenne mintákat találni és megjósolni az előre generált értékeket.

Ezek az „álvéletlen” számok elegendőek az olyan alkalmazásokhoz, mint például a szerencsejátékok, azonban tudományos szimulációk és kiberbiztonság szempontjából lényegében felhasználhatatlanok.

Az elmúlt években a tudósok a kvantumfizika tudományágához fordultak a valódi véletlenszerűség elérése érdekében: fotonok segítségével véletlenszerű egyesek és nullák sorozatát generálták, vagy éppen a gyémánt kvantumrezgéseit követték; az új tanulmányhoz a Brown tudósai valami hasonlóval próbálkoztak.

Az úgynevezett skyrmionok nem egészen részecskék, hanem részecskeszerű kölcsönhatások, amelyek az elektronok elrendeződéséből erednek. Az anyagban az összes elektron spinje ugyanabba az irányba mutat – amikor ezt az anyagot elektromossággal vagy mágneses mezővel gerjesztik, néhány elektron a társaikkal ellentétes irányba fordítja a spinjét. Ezáltal a megfordított elektront körülvevő elektronok spinjei is elferdülnek, és egyfajta örvényhatás jön létre, amelyet skyrmionnak hívunk.

Ebben a tanulmányban a kutatók olyan hibákkal ellátott mágneses rétegeket hoztak létre, amelyek a skyrmionokat a helyükre rakták. Ennek hatására azok méretében véletlenszerű ingadozás kezdődött, más szomszédos központok köré tekeredve, zsugorodva és növekedve. A különböző méretű skyrmionok különböző feszültségeket eredményeztek az anyagon keresztül, és ez mérhető volt, ezáltal véletlenszerű számsorokat hoztak létre.

Kutatók becslése szerint az anyag hibáinak egymástól való távolságának optimalizálásával a technika révén akár 10 millió véletlen számjegyet is előállíthatnak másodpercenként, ami többek között a kiberbiztonság szempontjából is hatalmas áttörést jelenthet.