Fotoniikka – 2000-luvun elektroniikka
Hetkeä ennen kuin Elvis Presley avasi rock’n’rollin aikakauden, ja kun kuningatar Elisabet II nousi Britannian valtaistuimelle ennen kuin Marilyn Monroe onnistuneesti todisti, että “miehet pitävät vaaleista”, ja kaksi vuorikiipeilijää voitti ensimmäistä kertaa Mount Everestin, AT & T Bell Labsin herrat saavuttivat muita teknologisia huippuja. Ajattelen William Shockleytä, John Bardeenia ja Walter Brattaita – kolme myöhemmin Nobelin palkinnon saajaa – jotka kehittivät transistorin ensimmäisen mallin ja synnyttivät kaksi alaa – elektroniikan ja sen nopeamman version, fotoniikan. Perusero on intuitiivinen – elektronisissa laitteissa informaation välittäjä on elektroni, kun taas fotoniikassa fotoni. Mikä vaikutus tästä syntyy? Toisen pienten releiden avulla voimme lähettää tietoa sellaisessa koossa ja vauhdissa, johon ensimmäinen ei koskaan yllä. Tästä syystä John S. Mayo, jo mainitun tutkimuskeskuksen presidentti, tiivisti kaiken rohkealla teesillä, josta harva kiistää:
“Fotoniikka tulee olemaan 2000-luvulla sitä, mitä elektroniikka oli 1900-luvulla.“Fotoniikan palapeli – optoelektroniikka ja puolijohde-helmet
Kuten Wikipedia toteaa, fotoniikka on valon (fotoni) tuottamisen, havaitsemisen ja manipuloinnin tiede säteilyn, läpinäkyvyyden, modulaation, signaalinkäsittelyn, kytkennän, vahvistamisen ja havaitsemisen kautta. Tämän perusteella voidaan erottaa myös optoelektroniikka – ala, jossa elektroniikka yhdistetään optisiin laitteisiin. Molemmat käsittelevät laitteita, jotka käyttävät valoa tiedon hankkimiseen, tallentamiseen ja siirtämiseen. Sen kehitykseen tarvittiin transistorin ja optisten kuitujen teknologian lisäksi kaksi vanhempaa keksintöä. Ensimmäisen isä on nykyinen populaarikulttuurin ikoni, mies, joka jos olisi syntynyt puoli vuosisataa myöhemmin, olisi fysiikan alfa ja Facebookin ja Twitterin omega. Albert Einstein löysi vuonna 1916 stimuloidun emissio-ilmiön, joka puoli vuosisataa myöhemmin mahdollisti ensimmäisen laserin luomisen. Lisätietoja elektronisten laitteiden ja fotoniikan tuotannosta löytyy täältä.
Fotoniikan palapelin viimeinen elementti on puolijohdehelmet, koko tarinan puolalainen aksentti. Tarinan mukaan prof. Jan Czochralski, joka työskenteli samana vuonna kuin Einstein, teki muistiinpanoja ja, hajamielisyydessään, upotti kynän kärjen sulavaan tinapurkkiin mustekynän sijaan. Vetäessään kynän ulos hän huomasi ohuen metallilangan kiinnittyneen kärkeen. Tutkimalla sitä röntgensäteillä hän havaitsi, että siitä tuli erinomainen kristalli ja vielä parempi johdin. Tarina sulkeutuu 30 vuotta myöhemmin, kun tunnettu AT & T Bell Labs käyttää hänen keksintöään piikristallien tuotantoon. Näin saamme vinkkiä kaksinkertaisella onnellisella lopulla – keksintö muodostui globaalin elektroniikkateollisuuden perustaksi, ja Czochralskiista tuli maailman tunnetuin puolalainen teknologiantutkija.
Fotoniikkateknologia tänään ja huomenna
Tänä päivänä ei ole yllättävää, että käytämme ultrabookeja, joiden mitat muistuttavat paperiarkkia ennemmin kuin klassista Macia, mutta ei pidä unohtaa, että ENIAC – historian ensimmäinen tietokone, aikansa innovaatiohuippu – painoi 30 tonnia. On vielä luonnollisempaa olla rajoittamaton yhteys älypuhelimien avulla, kun lankapuhelin oli luksusta 20 vuotta sitten. Jos älypuhelin on myös internet, joka yleistyi vasta 1990-luvulla ja muutti Marshall McLuhanin mukaan maailmamme globaaliksi kyläksi. Vuonna 2000 sitä käytti 360 miljoonaa ihmistä, nykyään käyttäjiä on puolet ihmiskunnasta – 800 %:n kasvu. Näemme trendin, joka perustuu uusien teknologioiden kehitykseen, nykyään pääosin high-techiin liittyen. Menestystä tällä alalla voi saavuttaa vain kehittämällä ainutlaatuisia tuotteita, joilla on merkittävästi paremmat parametrit kuin markkinoilla jo olevilla. “Vähemmän” kulkee käsi kädessä “nopeamman” ja mahdollisesti “turvallisemman” kanssa – täydellisesti sopien näihin vaatimuksiin fotoniikka, joka jatkuvasti korvaa elektroniikan uusilla saavutuksilla.
Tieteiskirjallisuutta vai todellinen visio
Jos siis elektroniikka on eilisen teknologia, tietojenkäsittely on hallinnut nykyaikaa, optiikka on tulevaisuus ja kaikki yhdessä luo fotoniikan – mistä on kyse? Yksi monista suuntauksista on valokuitu. Vaikka ne eivät ole erityisen uusi keksintö, ne ovat nykyään modernein tapa siirtää tietoa. Verrattuna muihin medioihin ne erottuvat suurimmalla kantamalla ilman katkoksia, valtavalla tietokapasiteetilla ja vastustuskyvyllä perinteisiä sieppaustapoja vastaan. Kaikki siirto tapahtuu valon välityksellä johdossa, joka on hieman paksumpi kuin ihmisen hius.
Teknologinen kehitys saavuttaa ajoittain oman virstanpylväänsä, joka samalla muuttaa maailman ilmettä. 2000-luku odottaa yhä läpimurtoa, eikä ole poissuljettua, että siitä tulee laite, johon Microsoft ja Google sijoittavat ei sattumalta. Jos kuvitellaan abstrakteja suuria tietokokoelmia, joiden käsittely vaatisi miljoonia vuosia, kaikki muuttuu todelliseksi, kun puhumme kvanttitietokoneen käytöstä. Oletetaan, että se suorittaa samat toiminnot kuin perinteinen tietokone – johon vain nimi yhdistää – kesto olisi vain muutama sekunti. Nykyään vaikea kuvitella, mutta kuten Einstein sanoi:
“Jos ihmiset puhuisivat vain siitä, mitä he ymmärtävät, maailmassa olisi suuri hiljaisuus.”
Mutta muuttuuko kaikki todella? Tänään kuuntelemme edelleen Elvisiä, paitsi radiossa, ja Spotifyssä katsomme elokuvia Merlinistä 4K:na, ja Everestin sijaan talvella yritämme kiivetä K2:lle. Vain kuningatar Elisabet on edelleen täsmälleen sama. Sama pätee kaikkeen, mihin pyrimme. Nopeampi, enemmän, modernimpi. Tieto, raha, teknologia. On vaikea sanoa pysähdys, koska vision mukavammasta tulevaisuudesta ei lakkaa houkuttelemasta. Elektroniikka saavuttaa vaiheen, jossa sen jatkokehitys ei yksinkertaisesti ole mahdollista, ihmetteleekö kukaan, oliko Mayo’n presidentti oikeassa? Varmuuden vuoksi toistan hänen sanansa uudelleen:
“Fotoniikka tulee olemaan 2000-luvulla sitä, mitä elektroniikka oli 1900-luvulla.”
