Diminutos vórtices magnéticos, llamados skyrmions, en materiales bidimensionales pueden producir secuencias de números completamente aleatorias. Estos son necesarios para la ciberseguridad, los experimentos de simulación científica y los juegos de computadora.
Por ejemplo, se utilizan secuencias de números completamente aleatorias para cifrar mensajes en línea. De esta manera, puede estar seguro de que solo su banco puede ver una transacción financiera. “Si los números generados no son realmente aleatorios, es posible que alguien encuentre patrones en los números”, envía un correo electrónico físico. Kang Wang de la Universidad de Brown en los EE. “Entonces, las organizaciones no autorizadas pueden obtener acceso a sus datos”.
Crear secuencias de números verdaderamente aleatorias es difícil para las computadoras. Ahora suelen utilizar algoritmos que funcionan de acuerdo con reglas estrictas y deterministas y, por lo tanto, no son ‘realmente’ aleatorios. Para algunas aplicaciones esto no es un problema. Pero en las transacciones bancarias y el póquer en línea, no desea que la secuencia aleatoria de números sea rastreable.
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skyrmions
Los números completamente aleatorios para computadoras se producen a partir de procesos impredecibles, como las fluctuaciones en la temperatura ambiente o la atmósfera. Incluso hay empresas que basan sus secuencias de números aleatorios en el movimientos en una lámpara de lava†
El grupo de Wang ahora ha desarrollado una nueva forma de producir millones de dígitos aleatorios por segundo. Para ello, los físicos utilizan el comportamiento aleatorio de los skyrmions: pequeños fenómenos magnéticos que pueden surgir en determinados materiales superplanos. Los científicos han estado interesados en los skyrmions durante algún tiempo debido a su posible aplicación en la próxima generación de computadoras.
En materiales bidimensionales planos, los skyrmions pueden formarse por el momento magnético o el ‘espín’ de los electrones presentes. Puedes imaginar esa araña como un pequeño imán con un polo norte y un polo sur. Como la aguja de una brújula, la araña puede apuntar en diferentes direcciones.
Al aplicar un campo eléctrico o magnético, algunos de estos giros electrónicos cambian de dirección. Esto asegura que los electrones alrededor de su espín también comiencen a girar. Esto crea una especie de vórtice magnético de espines de electrones en el material. Eso se llama skyrmion.
Vórtices oscilantes aleatorios
Los skyrmions tienen un tamaño aproximado de un micrómetro (una milésima de milímetro). Hacen zoom a través del material, pero son bastante estables, por lo que no desaparecen simplemente.
Para usar skyrmions, los investigadores los aseguran. Para ello, realizan pequeños ‘defectos’ en el material. Esos defectos consisten en átomos que no ocurren en el resto del material. Los defectos agarran los skyrmions por un lado y los mantienen en su lugar. Entonces ya no se mueven a través del material, pero los skyrmions no se quedan quietos. De vez en cuando se vuelven más grandes y luego más pequeños de nuevo.
“Este salto de tamaño hacia adelante y hacia atrás depende de las pequeñas fluctuaciones de temperatura”, dice Wang. “Eso lo hace completamente aleatorio”.
Los investigadores miden los cambios en el tamaño del skyrmion haciendo pasar una corriente a través del material. Esa corriente eléctrica reacciona a los espines magnéticos. Luego convierten las fluctuaciones de corriente medidas en una serie de números aleatorios.
Al optimizar aún más su configuración, los investigadores creen que pueden generar millones de números aleatorios por segundo. “Esperamos que esta técnica quepa en una caja pequeña o incluso en un chip de computadora”, dice Wang. “De esa manera, se puede usar fácilmente donde sea que se necesiten números aleatorios”.
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