Photonik – Elektronik des 21. Jahrhunderts
Einen Moment bevor Elvis Presley das Rock’n’Roll-Zeitalter eröffnete, und Königin Elisabeth II. den britischen Thron bestieg, bevor Marilyn Monroe erfolgreich bewies, dass „Männer Blondinen bevorzugen“, und die beiden Bergsteiger erstmals den Mount Everest bezwangen, erreichten die Herren der AT & T Bell Labs andere, technologische Gipfel. Ich denke an William Shockley, John Bardeen und Walter Brattai – drei spätere Nobelpreisträger – die das erste Modell des Transistors entwickelten und zwei Bereiche begründeten – die Elektronik und ihre schnellere Version, die Photonik. Der grundlegende Unterschied ist intuitiv – in elektronischen Geräten ist der Informationsträger ein Elektron, in der Photonik Photonen. Welcher Effekt ergibt sich daraus? Mit Hilfe der zweiten dieser kleinen Relais können wir Informationen in Größen und Geschwindigkeit übertragen, die das erste niemals erreichen würde. Daher fasste John S. Mayo, der Präsident des bereits erwähnten Forschungszentrums, alles mit einer kühnen These zusammen, der jedoch nur wenige widersprechen:
„Photonik wird im einundzwanzigsten Jahrhundert das sein, was Elektronik im 20. Jahrhundert war.“
Photonik-Puzzle – Optoelektronik und Halbleiterkristalle
Wie Wikipedia behauptet, ist Photonik die Wissenschaft von der Erzeugung, Erkennung und Manipulation von Licht (Photonen) durch Emission, Übertragung, Modulation, Signalverarbeitung, Schaltung, Verstärkung und Detektion/Sensorik. Auf dieser Grundlage kann man auch die Optoelektronik unterscheiden – ein Bereich, in dem Elektronik zu optischen Geräten hinzugefügt wird. Beide betreffen Geräte, die Licht zur Erfassung, Speicherung und Übertragung von Informationen nutzen. Für ihre Entwicklung waren neben dem Transistor und der Glasfasertechnologie zwei weitere ältere Erfindungen erforderlich. Der Vater der ersten davon ist das heutige Popkultur-Ikon, ein Mann, der, wenn er ein halbes Jahrhundert später geboren worden wäre, das Alpha der Physik und das Omega von Facebook und Twitter gewesen wäre. Albert Einstein entdeckte 1916 das Phänomen der stimulierten Emission, das ein halbes Jahrhundert später die Schaffung des ersten Lasers ermöglichte. Mehr über die Produktion elektronischer Geräte und Photonik erfahren Sie hier.
Das letzte Element des Photonik-Puzzles sind Halbleiterkristalle, der polnische Akzent der gesamten Geschichte. Einer Anekdote zufolge machte Prof. Jan Czochralski im selben Jahr wie Einstein Notizen und tauchte aus Zerstreutheit statt in ein Tintenfass die Feder in den daneben stehenden Schmelztiegel mit Zinn. Als er die Feder herauszog, bemerkte er, dass ein dünner Metallfaden an der Feder haftete. Nach der Untersuchung mit Röntgenstrahlen entdeckte er, dass es sich um einen hervorragenden Kristall und einen noch besseren Leiter handelte. Die Geschichte endet 30 Jahre später, als die bereits bekannten AT & T Bell Labs seine Erfindung für die Produktion von Silizium-Monokristallen nutzen. So erhalten wir die Pointe mit doppeltem Happy End – die Erfindung wurde zur Grundlage der globalen Elektronikindustrie, und Czochralski wurde der bekannteste polnische Wissenschaftler in der Technologiewelt.
Photonik-Technologie heute und morgen
Heute ist es nicht überraschend, dass wir Ultrabooks verwenden, deren Abmessungen eher einem Blatt Papier als einem klassischen Mac ähneln, aber man darf nicht vergessen, dass ENIAC – der erste Computer der Geschichte, damals als Innovationshöhepunkt betrachtet – 30 Tonnen wog. Es ist noch natürlicher, unbegrenzten Kontakt über Smartphones zu haben, wenn ein Festnetztelefon vor 20 Jahren ein Luxus war. Wenn das Smartphone auch das Internet ist, das erst in den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts populär wurde und laut Marshall McLuhan unsere Welt in ein globales Dorf verwandelte. Im Jahr 2000 nutzten es 360 Millionen Menschen, heute sind es die Hälfte der Menschheit – ein Anstieg um 800 %. Wir sehen eine Tendenz, die auf der Entwicklung neuer Technologien basiert, die heute hauptsächlich mit High-Tech verbunden sind. Erfolg in diesem Bereich kann nur durch die Entwicklung einzigartiger Produkte mit deutlich besseren Parametern als die bereits auf dem Markt verfügbaren erreicht werden. „Weniger“ geht Hand in Hand mit „schneller“ und möglicherweise „sicherer“ – perfekt geeignet für diese Anforderungen ist die Photonik, die in ihrem Streben nach dem Neuen die Elektronik sukzessive ersetzt.
Science-Fiction oder reale Vision
Wenn Elektronik die Technologie von gestern ist, die Informatik die moderne Welt beherrscht, die Optik die Zukunft ist und alles zusammen die Photonik schafft – worum geht es dabei? Eine von vielen Richtungen ist die Glasfasertechnik. Obwohl sie keine besonders neue Erfindung ist, stellt sie derzeit die modernste Methode der Informationsübertragung dar. Im Vergleich zu anderen Medien zeichnet sie sich durch die größte Reichweite ohne Unterbrechungen, enorme Informationskapazität und Resistenz gegenüber herkömmlichen Abfangmethoden aus. Die gesamte Übertragung erfolgt über Licht durch einen Draht, der etwas dicker als ein menschliches Haar ist.
Technologische Entwicklungen erreichen von Zeit zu Zeit ihren eigenen Meilenstein, der gleichzeitig das Gesicht der Welt verändert. Das 21. Jahrhundert wartet noch auf seinen Durchbruch, und es ist nicht ausgeschlossen, dass er ein Gerät sein wird, in das Microsoft und Google nicht zufällig investieren. Wenn wir uns abstrakt große Datenmengen vorstellen, deren Verarbeitung Millionen von Jahre dauern würde, wird alles real, wenn wir über den Einsatz eines Quantencomputers sprechen. Bei der Annahme der gleichen Aktivitäten wie ein herkömmlicher Computer – mit dem er nur den Namen gemeinsam hat – würde es nur wenige Sekunden dauern. Heute schwer vorstellbar, jedoch, wie Einstein sagte:
„Wenn die Menschen nur über das sprächen, was sie verstehen, wäre große Stille auf der Welt.“
Aber ändert sich wirklich alles? Heute hören wir immer noch Elvis, nur nicht mehr im Radio, und auf Spotify sehen wir Filme von Merlin in 4K, und anstelle des Mount Everest im Winter versuchen wir den K2 zu besteigen. Nur Königin Elizabeth ist immer noch genau dieselbe. Dasselbe gilt für alles, wonach wir streben. Schneller, mehr, moderner. Information, Geld, Technologie. Ein Halt ist schwer zu sagen, denn die Vision einer bequemeren Zukunft hört nicht auf, zu locken. Die Elektronik erreicht einen Punkt, an dem ihre weitere Entwicklung einfach nicht mehr möglich sein wird – wird sich jemand wundern, wenn Präsident Mayo Recht hatte? Um sicher zu sein, wiederhole ich seine Worte noch einmal:
„Photonik wird im 21. Jahrhundert das sein, was Elektronik im 20. Jahrhundert war.“
