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科学家开发新技术:利用斯格明子快速生成真正的随机数

2022-02-08 来源: cnBeta 原文链接 评论0条

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他们的研究成果发表在《Nature Communications》期刊上,揭示了以前未曾探索过的单一斯格明子的动态。大约在 50 年前刚被发现,斯格明子引发了物理学界的兴趣,因为它是通往利用粒子磁性的下一代计算设备的道路--这一领域被称为自旋电子学(spintronics)。

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布朗大学物理系主任、该研究的资深作者肖刚(Gang Xiao,音译)说:“对斯格明子的全局动力学已经有很多研究,把它们的运动作为进行计算的基础。但在这项工作中,我们表明斯格明子大小的纯随机波动也可以是有用的。在这种情况下,我们表明,我们可以利用这些波动来生成随机数,可能每秒多达 1000 万位”。

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计算机产生的大多数随机数在严格意义上并不是随机的。计算机使用一种算法来生成基于初始起始位置的随机数,即种子数。但由于用于生成数字的算法是确定的,所以这些数字并不是真正的随机。如果有足够的关于算法或其输出的信息,有人就有可能在算法产生的数字中找到模式。虽然伪随机数在许多情况下是足够的,但像数据安全这样的应用--使用不能被外界猜到的数字--需要真正的随机数。

产生真正的随机数的方法常常借鉴自然界。例如,流经电阻的电流的随机波动可以用来产生随机数。其他技术则是利用量子力学中固有的随机性--粒子在最微小尺度上的行为。

斯格明子直径通常约为 1 微米(百万分之一米)或更小,其行为有点像一种粒子,从一边到另一边在材料上飞驰。一旦它们形成,它们就很难被摆脱。由于它们如此坚固,研究人员对利用它们的运动来进行计算和存储数据感兴趣。

DOI: 10.1038/s41467-022-28334-4

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