פוטוניקה – האלקטרוניקה של המאה ה-21
רגע לפני שאלביס פרסלי פתח את עידן הרוקנרול, ומלכה אליזבת השנייה עלתה לשלטון בבריטניה, לפני שמרילין מונרו הוכיחה בהצלחה כי "גברים מעדיפים בלונדיניות", ושני המטפסים עלו בפעם הראשונה אי פעם על הר אוורסט, השיגו אנשי AT & T Bell Labs פסגות טכנולוגיות אחרות. אני מתכוון ל-William Shockley, John Bardeen ו-Walter Brattai – שלושה זוכי פרס נובל מאוחר יותר – שפיתחו את הדגם הראשון של הטרנזיסטור ויצרו שני תחומים – אלקטרוניקה והגרסה המהירה שלה, פוטוניקה. ההבדל הבסיסי הוא אינטואיטיבי – במכשירים אלקטרוניים נושא המידע הוא אלקטרון, בעוד שבפוטוניקה – פוטונים. מהי התוצאה? בעזרת הפוטונים ניתן לשלוח מידע בנפחים ובקצב שהאלקטרון לעולם לא יגיע אליהם. לכן, John S. Mayo, נשיא מרכז המחקר הנזכר, סיכם הכל באסרטיבה נועזת, שעליה מעטים מתווכחים:
"פוטוניקה תהיה במאה ה-21 מה שהאלקטרוניקה הייתה במאה ה-20."
פאזל פוטוני – אופטואלקטרוניקה וגבישי מוליך למחצה
לפי ויקיפדיה, פוטוניקה היא מדע יצירת האור (פוטון), גילויו ומניפולציה עליו באמצעות פליטה, העברה, מודולציה, עיבוד אותות, החלפה, הגברה וזיהוי/חישה. על בסיס סט זה ניתן להבדיל גם את תחום האופטואלקטרוניקה – תחום שבו אלקטרוניקה מתווספת לציוד אופטי. שני התחומים עוסקים במכשירים המשתמשים באור כדי להשיג, לאחסן ולהעביר מידע. לפיתוחם, מעבר לטרנזיסטור וטכנולוגיית סיבים אופטיים, נדרשו שני גילויים ישנים נוספים. אביו של הראשון מהם הוא אייקון תרבותי כיום, אדם שאם היה נולד חצי מאה מאוחר יותר היה הופך לאלפא של הפיזיקה ואומגה של Facebook ו-Twitter. Albert Einstein בשנת 1916 גילה את תופעת הפליטה המועצמת (stimulated emission), שאיפשרה חצי מאה לאחר מכן את יצירת הלייזר הראשון. ניתן ללמוד עוד על ייצור מכשירים אלקטרוניים ופוטוניקה כאן.
האלמנט האחרון בפאזל הפוטוני הוא גבישי מוליך למחצה, הנגיעה הפולנית בכל הסיפור. לפי אנקדוטה, פרופ' Jan Czochralski, שעבד באותה שנה כמו איינשטיין, תיעד והטביע בשוגג את חוד העט בתנור של פח נמס במקום בדיו. כשמשך את העט, הבחין בחוט מתכתי דק שדבק לחוד. לאחר שבחן אותו באמצעות קרני X, גילה כי מדובר בגביש גדול ומדריך מצוין. הסיפור נסגר כ-30 שנה לאחר מכן כאשר AT & T Bell Labs השתמשה בגילויו לייצור מונוקריסטלים של סיליקון. כך אנו מקבלים קצה עם סוף כפול – ההמצאה הפכה לבסיס לתעשיית האלקטרוניקה העולמית, וצ'וכראלסקי הפך לחוקר הפולני המזוהה ביותר בעולם הטכנולוגיה.
טכנולוגיית פוטוניקה היום ומחר
כיום, אין זה מפתיע שאנו משתמשים בUltrabooks, שמידותיהם מזכירות דף נייר יותר ממק קלאסי, אך אי אפשר לשכוח כי ENIAC – המחשב הראשון בהיסטוריה, שנחשב לשיא החדשנות בתקופתו – שקל 30 טון. טבעי עוד יותר לקבל גישה בלתי מוגבלת דרך Smartphones, בעוד טלפון קווי היה מותרות לפני 20 שנה. אם נחשוב על הסמארטפון כאינטרנט – שהפך פופולרי רק בשנות ה-90 של המאה הקודמת – לפי Marshall McLuhan, הוא הפך את עולמנו לכפר גלובלי. בשנת 2000, השתמשו בו 360 מיליון אנשים; כיום חצי מאוכלוסיית העולם – עלייה של 800%. אנו רואים מגמה המושתתת על פיתוח טכנולוגיות חדשות, הקשורות כיום בעיקר ל-High-Tech. הצלחה בתחום זה מושגת רק באמצעות פיתוח מוצרים ייחודיים עם פרמטרים טובים משמעותית מהמוצרים הקיימים. "פחות" הולך יד ביד עם "מהיר יותר" ואולי גם "הבטוח ביותר" – פוטוניקה מתאימה בצורה מושלמת לדרישות אלה, במרדף אחרי מה שהחדש מחליף בהדרגה את האלקטרוניקה.
מדע בדיוני או חזון אמיתי
אם האלקטרוניקה היא טכנולוגיית אתמול, מדעי המחשב שולטים בעולם המודרני, האופטיקה היא העתיד, וכל אלו יחד יוצרים את הפוטוניקה – במה מדובר? אחד הכיוונים הוא סיבים אופטיים. אף שהם לא המצאה חדשה במיוחד, כיום הם הדרך המודרנית ביותר להעברת מידע. בהשוואה למדיות אחרות, הם מתאפיינים בטווח הגדול ביותר ללא הפרעות, קיבולת מידע עצומה ועמידות בפני דרכי האזנה מסורתיות. כל ההעברה מתבצעת באמצעות אור דרך חוט הדק במעט משערת אדם.
הפיתוח הטכנולוגי מפעם לפעם פוגע בציון דרך משלו, שמשנה במקביל את פני העולם. המאה ה-21 עדיין מחכה לפריצת הדרך שלה, ואי אפשר לשלול שהיא תהיה מכשיר שבו Microsoft ו-Google משקיעים לא במקרה. אם נחשוב באופן מופשט על אוספים גדולים, עיבודם ידרוש מיליוני שנים, הכל יהפוך למציאות כאשר נתחיל לדבר על שימוש במחשב קוונטי. בהנחת פעולות זהות למחשב רגיל – שלשם רק השם מחבר אותו – זה יימשך מספר שניות. היום קשה לדמיין, אך כפי שאמר איינשטיין:
"אם אנשים ידברו רק על מה שהם מבינים, יהיה שקט גדול בעולם."
אבל האם הכל באמת משתנה? היום אנו עדיין מאזינים לאלביס, רק ברדיו, וב-Spotify צופים בסרטים ממרלין ב-4K, ובמקום הר אוורסט בחורף אנו מנסים להגיע ל-K2. רק המלכה אליזבת נשארה בדיוק אותה. כך גם כל מה שאנו שואפים אליו – מהיר יותר, יותר, מודרני יותר. מידע, כסף, טכנולוגיה. קשה לעצור, כי חזון לעתיד נוח יותר ממשיך לפתות. האלקטרוניקה מגיעה לשלב שבו הפיתוח הנוסף פשוט לא יהיה אפשרי – מישהו תוהה אם הנשיא Mayo צדק? כדי להיות בטוחים, אחזור על דבריו:
"פוטוניקה תהיה במאה ה-21 מה שהאלקטרוניקה הייתה במאה ה-20."
