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| Los Skyrmions, diminutas anomalías magnéticas que surgen en materiales bidimensionales, pueden utilizarse para generar verdaderos números aleatorios útiles en criptografía y computación probabilística. Crédito: Unsplash |
Generar números aleatorios es bastante difícil. Los científicos de la Universidad de Brown han encontrado una nueva forma de generarlos aprovechando el comportamiento de los skyrmions.
Los skyrmions son pequeñas anomalías magnéticas que surgen en materiales 2D. Ahora pueden generar números verdaderamente aleatorios, útiles en criptografía y computación probabilística.
En su estudio, los científicos también revelaron una dinámica hasta ahora inexplorada de los skyrmions individuales.
Gang Xiao, director del Departamento de Física de Brown y autor principal de la investigación, dijo: "Se ha investigado mucho sobre la dinámica global de los skyrmions, utilizando sus movimientos como base para realizar cálculos. Pero en este trabajo demostramos que las fluctuaciones puramente aleatorias del tamaño de los skyrmions también pueden ser útiles. En este caso, demostramos que podemos utilizar esas fluctuaciones para generar números aleatorios, potencialmente de hasta 10 millones de dígitos por segundo".
Los ordenadores utilizan un algoritmo determinista para generar números aleatorios, pero los números no son realmente aleatorios. Con suficiente información sobre el algoritmo o su resultado, podría ser posible que alguien encontrara patrones en los números del algoritmo.
Los Skyrmions suelen tener un diámetro de 1 micrómetro o menos. Se comportan como una especie de partícula, recorriendo el material de lado a lado. Debido a su robustez, es difícil deshacerse de ellos una vez formados.
El estudio demuestra que, junto con el movimiento global de los skyrmions a través de un material, el comportamiento local de los skyrmions individuales también puede ser útil. Para el estudio, los científicos fabricaron películas finas magnéticas utilizando una técnica que producía sutiles defectos en la red atómica del material.
Cuando se forman skyrmions en el material, estos defectos, que los científicos denominan centros de fijación, mantienen los skyrmions firmemente en su lugar en lugar de permitirles moverse como lo harían normalmente.
Según Wang, "cada skyrmion salta entre un diámetro grande y uno pequeño. Podemos medir esa fluctuación, que se produce al azar, y utilizarla para generar números aleatorios".
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| Los remolinos magnéticos llamados skyrmions fluctúan aleatoriamente en tamaño, un comportamiento que puede aprovecharse para generar verdaderos números aleatorios. Crédito: Xiao lab / Brown University |
Los científicos midieron el cambio de tamaño del skyrmion a través del efecto Hall anómalo, un voltaje que se propaga a través del material. Este voltaje es sensible a la componente perpendicular de los espines de los electrones. Los cambios en el tamaño del skyrmion provocan cambios en el voltaje que pueden medirse fácilmente.
Esos cambios aleatorios de voltaje pueden producir una cadena de dígitos aleatorios.
Al optimizar el espaciado de los defectos en su dispositivo, los científicos pueden producir hasta 10 millones de dígitos aleatorios por segundo, lo que supone un método nuevo y muy eficaz para crear verdaderos números aleatorios.
Xiao dijo: "Esto nos da una nueva forma de generar números aleatorios verdaderos, que podría ser útil para muchas aplicaciones. Este trabajo también nos da una nueva forma de aprovechar el poder de los skyrmions, observando su dinámica local así como sus movimientos globales".
Fuentes, créditos y referencias:
Kang Wang, Yiou Zhang, Vineetha Bheemarasetty, Shiyu Zhou, See-Chen Ying, Gang Xiao. Single skyrmion true random number generator using local dynamics and interaction between skyrmions. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-28334-4
Fuente: Universidad de Brown