Гарантия надежности: как ученые создали генератор случайных чисел на основе магнитных аномалий
Кто бы мог подумать, что крошечные магнитные аномалии могут помочь защитить ваши личные данные?
Открытые около полувека назад, скирмионы вызвали интерес у физиков, так как могли стать ключом к вычислительным устройствам следующего поколения, в основе которых лежит использование магнитных свойств частиц. Эта область известна как спинтроника и довольно давно ученые пытаются создать устройства на основе ее принципов. В своей работе исследователи решили изучить другое потенциальное применение скирмионов — генерацию случайных чисел.
Почему это важно? Большинство случайных чисел, создаваемых компьютерами, не являются случайными в строгом смысле этого слова. Компьютеры используют алгоритм для генерации случайных чисел на основе исходного числа. Но поскольку алгоритм, используемый для генерации числа, является детерминированным, числа на самом деле не являются случайными.
Имея достаточно информации об алгоритме или его результатах, кто-то может найти закономерности в числах, которые он выдает. В результате становится возможным, например, взломать приложения, обеспечивающие безопасность данных, и получить доступ к личной информации людей. В этом случае для обеспечения безопасности нужно генерировать реальные случайные числа, чтобы обеспечить безопасность пользователей.
Что сделали ученые? Скирмионы, которые обычно имеют диаметр около 1 микрометра или меньше, ведут себя как частицы, перемещающиеся по материалу из стороны в сторону. И как только они сформировались, от них очень трудно избавиться. Поскольку эти магнитные аномалии настолько надежны, исследователи заинтересованы в использовании их движения для выполнения вычислений и хранения данных.
Авторы показали, что в дополнение к глобальному перемещению скирмионов по материалу, их локальное поведение также может быть полезным. Ученые изготовили магнитные тонкие пленки с небольшими дефектами в атомной решетке. Когда в материале образовались скирмионы, эти дефекты, которые исследователи называют центрами закрепления, прочно удерживали скирмионы на месте, не позволяя им двигаться.
Исследователи обнаружили, что, когда скирмион удерживается на месте, его размер изменяется случайным образом. Когда одна часть скирмиона плотно прижата к одному центру крепления, его остальная часть прыгает взад и вперед, обтекая два близлежащих центра крепления. Измеряя эти колебания в размере становится возможным создать генератор по-настоящему случайных чисел.