Последовательности случайных чисел широко используются в настоящее время в области шифрования, коммуникаций, моделирования и т.п. Во многих случаях в программном обеспечении используются программные генераторы случайных чисел, но такие генераторы являются детерминированными и любой, кто владеет информацией об алгоритме генератора и начальных условиях, имеет возможность предсказать генерируемую им последовательность.
Несколько лучше обстоят дела у различных микропроцессоров и микроконтроллеров, имеющих специальный аппаратный генератор случайных чисел TRNG (True Random Numbers Generator), но когда речь заходит о особо устойчивой к взлому криптографии или научном моделировании, то требуются генераторы, обладающие еще большей степенью случайности.
В последние годы ученые приспособили для получения случайных чисел законы и явления из странного мира квантовой физики. К примеру, в одном из видов реализации квантового генератора используются квантовые колебания атомов углерода в кристаллической решетке алмаза, которые при помощи фотонов света превращаются в случайную последовательность нулей и единиц, превращающуюся потом в последовательность случайных чисел. А группа исследователей из университета Брауна (Brown University) нашла еще один способ получения последовательности действительно случайных числе при помощи колебаний сложных квазичастиц, называемых скирмионами.
Скирмионы не являются частицами в классическом понимании этого термина, их можно назвать эффектами от группового поведения электронов, упорядоченных особым образом. Скирмионы формируются, когда в определенной области материала вращения всех электронов выравниваются в одном направлении. Затем, при воздействии на этом материал электричеством или магнитным полем, некоторая часть электронов меняет направление вращения на противоположное, что вызывает деформацию спина близлежащих электронов. И в результате появляется образование, называемое скирмионом.
В среде обычных магнитных материалов скирмионы способны перемещаться, но, используя тонкие пленки с заранее созданными в них дефектами, можно получить "стационарные" скирмионы, постоянно изменяющие свою форму и колеблющиеся с частотой, которая зависит от нескольких факторов. Скирмионы различных размеров и формы создают в материале различные напряжения и этот эффект был использован для генерации случайных чисел с большой скоростью, миллионы чисел в секунду. Путем оптимизации мест расположения дефектов в материале, ученые смогли добиться генерации 10 миллионов случайных чисел в секунду, что само по себе открывает совершенно новые области для использования таких генераторов в кибербезопасности и криптографии.
"Скирмионы дали нам в руки совершенно новый способ получения истинно случайных чисел" - пишут исследователи, - "А с обратной точки зрения мы получили возможность более углубленных исследований в области локальной и глобальной динамики этих образований, которые пока имеют шанс стать носителями информации в квантовых и электронных устройствах следующего поколения".