Oscillateurs Spintroniques à Dynamiques Complexes pour la Génération de Nombres Aléatoires et les Communications Sécurisées

Mots clés

Dynamique complexe, Spintronique, Réseaux de neurones récurrents , Modélisation

Détail de l'offre

Le traitement des données au niveau edge, ainsi que leur communication sécurisée sont des concepts étroitement liés, qui constituent des défis cruciaux pour les technologies de l'information. La communication sécurisée des données peut être garantie par le pré-traitement des données au niveau local et l'envoi uniquement des données traitées, ou par le cryptage des données avant la transmission, ainsi que par l'utilisation d'un signal porteur crypté.

Pour renforcer la sécurité, les trois moyens peuvent être employés. Les schémas de cryptage correspondants doivent être flexibles et robustes, ce qui peut être assuré par des générateurs de nombres aléatoires véritables (TRNG), car ils utilisent des processus aléatoires, complexes et imprévisibles d'un système physique (par opposition aux nombres pseudo-aléatoires générés par logiciel). Les processus physiques sous-jacents sont le bruit thermique ou le chaos. Une propriété physique clé des oscillateurs à transfert de spin (STNO) est que la dynamique de l'aimantation est intrinsèquement non linéaire et donc susceptible de produire des signaux complexes dans des conditions appropriées. Cependant, ces propriétés restent largement inexplorées, en particulier pour les dispositifs STNO dans des boucles de rétroaction ou couplés entre eux. L'avantage de tels systèmes spintroniques est leur faible dimension et la possibilité de contrôler leurs propriétés dynamiques par des paramètres de contrôle externes (courant ou champ magnétique). En même temps, la possibilité de définir de nouvelles approches de pré-traitement et le traitement des données au niveau local (acquises
par un capteur par exemple), basés sur des dynamiques transitoires, non linéaires et/ou chaotiques de STNO couplés, ou soumis à une rétroaction, sont des pistes d'exploration pour proposer des nouveaux support de calcul à faible consommation.

Le premier objectif du doctorat proposé est de poursuivre le travail initié par A. Rida Ismail qui a étudié pendant sa thèse de doctorat l'utilisation des STNO en régime chaotique pour la génération de nombres aléatoires. Ce travail a conduit à la proposition d'un concept basé sur la numérisation du signal analogique produit par le STNO, suivi de l'utilisation de dérivées successives. Les tests préliminaires
utilisant des traces temporelles de STNO simulées ont validé l'approche. La première année du programme de doctorat sera consacrée à la validation de cette approche sur des traces temporelles expérimentales obtenues sur différents types de STNO présentant des dynamiques complexes, et à son optimisation en vue de construire un démonstrateur de laboratoire. C'est un objectif incrémental et à
faible risque, qui permettra au doctorant de communiquer rapidement ses résultats scientifiques, lui laissant la liberté de poursuivre ses recherches dans une direction plus exploratoire.

Le deuxième objectif n'est pas fixé, dans le sens où l'étude de différents aspects des dynamiques complexes des STNO, dans le contexte des transmissions sécurisées de données, pourra être envisagée en fonction des intérêts du candidat. Ces possibilités s'étendent, d'une part, à l'étude des propriétés de couplage des STNO en régimes chaotiques ou quasi-chaotiques, soit via une boucle
de rétroaction, soit via le couplage entre deux STNO. D'autre part, le développement de modèles basés sur l'utilisation de l'IA (et plus particulièrement des réseaux neuronaux récurrents) pour étudier et classifier les signaux en fonction de leur complexité et de leur nature, ce qui implique d'adapter les métriques existantes aux modèles proposés ou d'en définir de nouvelles.