无论是用于网络安全、游戏还是科学模拟，世界都需要真正的随机数，但生成它们比人们想象的要困难。但布朗大学的一组物理学家已经开发出一种技术，通过利用某些二维材料中产生的Skyrmion微小磁异常的行为，可能每秒产生数百万个随机数字。研究人员说，他们的研究发表在《自然通讯》上，揭示了以前未被探索过的单个天狼星的动力学。大约五年前发现的skyrmions激发了人们对物理学的兴趣，将其作为下一代计算设备的途径，利用粒子的磁性——一个被称为自旋电子学的领域。
"有很多研究都是关于Skyrmion的全球动力学，使用它们的运动作为执行计算的基础，"；布朗大学物理系主任、该研究的资深作者肖刚说"但在这项工作中，我们表明，仅在Skyrmion的大小上也是有用的。在这种情况下，我们展示了我们可以利用这些波动来生成随机数，每秒可能多达1000万位"
计算机产生的大多数随机数不是'；严格说来，这不是随机的。计算机使用一种算法，根据初始起始位置（种子数）生成随机数。但由于生成数字的算法是确定性的，因此数字不是'；这不是真正的随机。有了关于算法或其输出的足够信息，人们就有可能在算法产生的数字中找到模式。虽然伪随机数在很多情况下都是足够的，但应用程序，比如-它使用的数字可以'；Don’不要被外界猜测，这需要真正的随机数。
产生真实随机数的方法通常利用自然界。例如，流过电阻器的电流的随机波动可以用来产生随机数。其他技术利用量子力学中固有的随机性，即粒子在最小尺度上的行为。
Skyrmion源于"；旋转"；超薄材料中的电子。自旋可以被认为是每个电子的微小磁矩，它指向上、下或中间的某个地方。一些处于最低能量状态的电子具有一种称为垂直磁各向异性的特性，这意味着电子的自旋都指向垂直于薄膜的方向。当这些材料被电或磁场激发时，一些电子自旋会随着系统能量的增加而翻转。当这种情况发生时，周围电子的自旋会受到一定程度的扰动，在翻转的电子周围形成一个磁漩涡——一个skyrmion。
通常直径约为1微米（百万分之一米）或更小的Skyrmion，其行为有点像一种粒子，从一侧到另一侧在材料上快速移动。一旦他们'；重组后，他们'；你很难摆脱。因为他们'；由于它们非常健壮，研究人员对利用它们的运动来执行计算和存储数据感兴趣。
这项新研究表明，除了Skyrmion在材料上的全局移动外，单个Skyrmion的局部行为也很有用。在布朗博士后研究员王康领导的这项研究中，研究人员使用一种在材料中产生细微缺陷的技术来制造磁性薄膜；原子晶格。当Skyrmion在材料中形成时，这些缺陷（研究人员称之为钉扎中心）将Skyrmion牢牢固定在原位，而不是让它们像通常那样移动。
研究人员发现，当skyrmion固定在适当位置时，其大小会随机波动。当skyrmion的一部分紧紧抓住一个固定中心时，其余的skyrmion来回跳跃，围绕着附近的两个固定中心，一个更近，一个更远。
"每一只skyrmion都在大直径和小直径之间来回跳跃"；王说"我们可以测量随机发生的波动，并用它生成随机数"
skyrmion大小的变化通过什么来衡量'；它被称为反常霍尔效应，是一种在材料中传播的电压。这个电压对电子自旋的垂直分量很敏感。当skyrmion大小发生变化时，电压的变化程度很容易测量。这些随机电压变化可以用来产生一串随机数字。
研究人员估计，通过优化设备中的缺陷间距，他们可以每秒产生多达1000万个随机数字，提供了一种新的、高效的产生真实数字的方法。
"这为我们提供了一种生成真数的新方法，它可能对许多应用程序有用；肖说"这项工作还为我们提供了一种利用Skyrmion力量的新方法，通过观察它们的局部动态以及全球运动" 更多信息：Kang Wang等人，《利用局部动力学和skyrmion之间的相互作用的单个skyrmion真随机数生成器》，自然通讯（2022年）。内政部：10.1038/s41467-022-28334-4