Fotonik – 2000-talets elektronik
Ett ögonblick innan Elvis Presley öppnade rock’n’roll-eran och drottning Elizabeth II kom till den brittiska tronen, innan Marilyn Monroe framgångsrikt bevisade att “män föredrar blondiner” och innan de två klättrarna för första gången nådde Mount Everest, nådde herrarna på AT & T Bell Labs andra, teknologiska toppar. Jag tänker på William Shockley, John Bardeen och Walter Brattai – tre senare Nobelpristagare – som utvecklade den första transistormodellen och lade grunden för två områden – elektronik och dess snabbare variant, fotonik. Den grundläggande skillnaden är intuitiv – i elektroniska enheter är informationsbäraren en elektron, medan det i fotonik är fotoner. Vilket resultat får vi? Med hjälp av den senare av dessa små reläer kan vi skicka information i storlekar och hastigheter som den första aldrig skulle nå. Därför sammanfattade John S. Mayo, president för det redan nämnda forskningscentret, allt med en djärv tes som dock få ifrågasätter:
“Photonics will be in the twenty-first century what electronics was in the 20th century.“
Fotoniskt pussel – optoelektronik och halvledarkristaller
Enligt Wikipedia är fotonik vetenskapen om ljusets (fotonens) generering, detektion och manipulation genom emission, transmission, modulering, signalbehandling, växling, förstärkning och detektion/sensorik. Baserat på detta kan man även särskilja optoelektronik – ett område där elektronik kombineras med optisk utrustning. Båda gäller enheter som använder ljus för att erhålla, lagra och överföra information. För utvecklingen av detta, förutom transistorn och teknologin med optisk fiber, behövdes två äldre uppfinningar. Fadern till den första är en nuvarande ikon inom popkultur, en man som om han fötts ett halvsekel senare skulle vara alfa inom fysik och omega på Facebook och Twitter. Albert Einstein upptäckte 1916 fenomenet stimulerad emission, vilket ett halvsekel senare möjliggjorde skapandet av den första lasern.
Den sista delen av det fotoniska pusslet är halvledarkristaller, den polska accenten i hela historien. Enligt en anekdot gjorde prof. Jan Czochralski, som arbetade samma år som Einstein, anteckningar och av distraktion, istället för att doppa pennan i bläckhornet, sänkte han pennspetsen i smält tennkärlet intill. När han drog upp pennan märkte han att en tunn metalltråd fastnat på spetsen. Efter studier med röntgen upptäckte han att det var en utmärkt kristall och en ännu bättre ledare. Historien avslutas 30 år senare när AT & T Bell Labs använder hans uppfinning för produktion av kiselmonokristaller. Därmed får vi ett tips med dubbel lycklig avslutning – uppfinningen blev grunden för den globala elektronikindustrin och Czochralski blev den mest igenkända polska forskaren inom teknikvärlden.
Fotonik idag och imorgon
Idag är det inte förvånande att vi använder ultrabooks vars dimensioner mer liknar ett pappersark än en klassisk Mac, men man får inte glömma att ENIAC – den första datorn i historien, betraktad som innovationshöjdpunkt på sin tid – vägde 30 ton. Det är ännu mer naturligt att ha obegränsad kontakt via smartphones när en fast telefon var en lyx för 20 år sedan. Om smartphone även är Internet, populariserat först på 90-talet, som enligt Marshall McLuhan förvandlade vår värld till en global by. År 2000 användes den av 360 miljoner människor, idag är användarna hälften av mänskligheten – en ökning med 800 %. Vi ser en tendens som baseras på utveckling av ny teknologi, idag främst inom högteknologi. Framgång inom detta område kan endast uppnås genom att utveckla unika produkter med avsevärt bättre parametrar än de som redan finns på marknaden. “Mindre” går hand i hand med “snabbare” och möjligen “säkrare” – perfekt anpassat till dessa krav, fotonik, som i jakten på det nya successivt ersätter elektronik.
Science fiction eller verklig vision
Om elektronik är gårdagens teknologi, har datavetenskapen behärskat den moderna världen, är optik framtiden, och allt tillsammans skapar fotonik – vad handlar det om? En av många riktningar är fiberoptik. Även om de inte är en särskilt ny uppfinning är det idag det mest moderna sättet att skicka information. Jämfört med andra medier utmärker de sig genom största räckvidd utan störningar, enorm informationskapacitet och motstånd mot traditionella avlyssningsmetoder. All överföring sker via ljus genom en tråd något tjockare än ett människohår.
Teknologisk utveckling når då och då egna milstolpar, som samtidigt förändrar världens ansikte. 2000-talet väntar fortfarande på sitt genombrott, och det är inte uteslutet att det blir en enhet som Microsoft och Google inte av en slump investerar i. Om vi föreställer oss abstrakta stora datamängder, vars bearbetning skulle kräva miljoner år, blir allt verkligt när vi börjar tala om användningen av en kvantdator. Vid samma aktiviteter som en traditionell dator – som den endast namngivits efter – skulle det ta några sekunder. Idag svårt att föreställa sig, men som Einstein sa:
“If people talked only about what they understand, there would be great silence over the world.”
Men förändras allt verkligen? Idag lyssnar vi fortfarande på Elvis, om än på radio, och på Spotify ser vi filmer från Merlin i 4K, och istället för Mount Everest på vintern försöker vi bestiga K2. Endast drottning Elizabeth är fortfarande exakt densamma. Detsamma gäller allt vi strävar efter. Snabbare, mer, modernare. Information, pengar, teknologi. Det är svårt att säga stopp eftersom visionen om en mer bekväm framtid inte slutar fresta. Elektroniken når en nivå där vidare utveckling helt enkelt inte är möjlig, kommer någon att undra om Mayo’s president hade rätt? För att vara säker upprepar jag hans ord igen:
“Photonics will be in the 21st century what electronics was in the 20th century.”
