Impressions d’artiste de skyrmions, qui se forment comme des « tourbillons » de spins d’électrons.
Les nombres aléatoires sont essentiels pour l’informatique, mais nos algorithmes actuels ne sont pas vraiment aléatoires. Des chercheurs de l’université Brown ont trouvé un moyen d’exploiter les fluctuations des quasi-particules pour générer des millions de nombres vraiment aléatoires par seconde.
Les générateurs de nombres aléatoires sont des éléments clés des logiciels informatiques, mais techniquement, ils ne portent pas vraiment bien leur nom. Les algorithmes qui génèrent ces nombres sont toujours déterministes, ce qui signifie que toute personne disposant de suffisamment d’informations sur leur fonctionnement peut potentiellement trouver des modèles et prédire les nombres produits. Ces nombres pseudo-aléatoires suffisent pour des utilisations à faible enjeu comme les jeux, mais pour les simulations scientifiques ou la cybersécurité, des nombres véritablement aléatoires sont importants.
Ces dernières années, les scientifiques se sont tournés vers le monde étrange de la physique quantique pour obtenir une véritable randomisation, en utilisant des photons pour générer des chaînes de uns et de zéros aléatoires ou en exploitant les vibrations quantiques du diamant. Pour cette nouvelle étude, les scientifiques de Brown ont tenté quelque chose de similaire.
Les skyrmions ne sont pas exactement des particules, mais des effets semblables à des particules qui résultent de la disposition des électrons. Il faut d’abord s’assurer que tous les électrons d’un matériau ont des spins pointant dans la même direction. Ensuite, lorsque ce matériau est excité par l’électricité ou un champ magnétique, certains électrons inversent leurs spins dans la direction opposée à celle de leurs pairs. Ce faisant, ils déforment également les spins des électrons entourant l’électron retourné, créant ainsi une sorte d’effet tourbillon connu sous le nom de skyrmion.
Dans cette étude, les chercheurs ont créé des films minces magnétiques présentant des défauts qui maintiennent les skyrmions en place. Leur taille fluctue alors de manière aléatoire, s’enroulant autour d’autres « centres d’épinglage » voisins, se rétrécissant et s’agrandissant. Des skyrmions de tailles différentes produisent des tensions différentes à travers le matériau, ce qui peut être mesuré pour produire des chaînes de chiffres aléatoires.
Les chercheurs estiment qu’en optimisant la distance entre les défauts du matériau, cette technique pourrait produire jusqu’à 10 millions de chiffres aléatoires par seconde. Cela pourrait constituer une énorme avancée pour la cybersécurité, entre autres.
« Cela nous donne une nouvelle façon de générer de véritables nombres aléatoires, ce qui pourrait être utile pour de nombreuses applications », a déclaré Gang Xiao, auteur principal de l’étude. « Ce travail nous donne également une nouvelle façon d’exploiter la puissance des skyrmions, en examinant leur dynamique locale ainsi que leurs mouvements globaux. »
