Fotonik – det 21. århundredes elektronik
Et øjeblik før Elvis Presley åbnede rock’n’roll-æraen, og Dronning Elisabeth II trådte ind på den britiske trone, før Marilyn Monroe med succes beviste, at “Mænd foretrækker blondiner”, og de to bjergbestigere for første gang nogensinde besteg Mount Everest, nåede herrerne fra AT & T Bell Labs andre, teknologiske højder. Jeg tænker på William Shockley, John Bardeen og Walter Brattai – tre senere Nobelprisvindere – som udviklede den første transistor og gav anledning til to områder – elektronik og dens hurtigere version, fotonik. Den grundlæggende forskel er intuitiv – i elektroniske enheder er informationsbæreren en elektron, mens det i fotonik er fotoner. Hvilken effekt opnår vi? Med hjælp fra den anden af disse små relæer kan vi sende information i størrelser og hastigheder, som den første aldrig vil nå. Derfor opsummerede John S. Mayo, præsident for det allerede nævnte forskningscenter, alt med en dristig tese, som dog få modsiger:
“Photonics vil i det 21. århundrede være, hvad elektronik var i det 20. århundrede.“
Fotonisk puslespil – optoelektronik og halvlederkrystaller
Som Wikipedia hævder, er fotonik videnskaben om lys (foton) generering, detektion og manipulation gennem emission, transmission, modulation, signalbehandling, switching, forstærkning og detektion/sensing. Baseret på dette kan man også skelne optoelektronik – et område, hvor elektronik tilføjes til optisk udstyr. Begge vedrører enheder, der bruger lys til at erhverve, lagre og overføre information. Til dens udvikling, ud over transistor- og optisk fiber-teknologi, var to ældre opfindelser nødvendige. Faderen til den første af dem er nutidens popkulturikon, en mand som, hvis han var født et halvt århundrede senere, ville være alfa inden for fysik og omega for Facebook og Twitter. Albert Einstein opdagede i 1916 fænomenet stimuleret emission, som et halvt århundrede senere muliggjorde skabelsen af den første laser. Du kan lære mere om produktion af elektroniske enheder og fotonik her.
Det sidste element i det fotoniske puslespil er halvlederkrystaller, den polske accent i hele historien. Ifølge en anekdote lavede prof. Jan Czochralski, der arbejdede samme år som Einstein, noter og dyppede, gennem tankeløshed, pennehovedet i smeltet tin i stedet for blækhuset. Da han trak pennen ud, bemærkede han, at en tynd metaltråd sad fast på spidsen. Efter at have studeret den med røntgen opdagede han, at det er en stor krystal og en endnu bedre leder. Historien afsluttes 30 år senere, da de allerede kendte AT & T Bell Labs bruger opfindelsen til produktion af silicium monokrystaller. Dermed får vi spidsen med dobbelt lykkeligt endeligt – opfindelsen blev fundamentet for den globale elektronikindustri, og Czochralski blev den mest genkendelige polske forsker i teknologiverdenen.
Fotonikteknologi i dag og i morgen
I dag er det ikke overraskende, at vi bruger ultrabooks, hvis dimensioner ligner et ark papir fremfor en klassisk Mac, men man må ikke glemme, at ENIAC – historiens første computer, betragtet som innovationens højdepunkt på sin tid – vejede 30 tons. Det er endnu mere naturligt at have ubegrænset kontakt via smartphones, når en fastnettelefon var en luksus for 20 år siden. Hvis smartphone også er Internettet, populariseret først i 90’erne, som ifølge Marshall McLuhan ændrede vores verden til en global landsby. I 2000 blev det brugt af 360 millioner mennesker, i dag er brugerne halvdelen af menneskeheden – en stigning på 800 %. Vi ser en tendens, baseret på udvikling af nye teknologier, i dag primært forbundet med high-tech. Succes inden for dette felt kan kun opnås ved at udvikle unikke produkter med betydeligt bedre parametre end dem, der allerede findes på markedet. “Mindre” går hånd i hånd med “hurtigere” og muligvis “sikrest” – perfekt tilpasset disse krav er fotonik, som i sin stræben gradvist erstatter elektronik.
Science fiction eller reel vision
Så hvis elektronik er gårsdagens teknologi, har datalogi mestret den moderne verden, er optik fremtiden, og alt sammen skaber fotonik – hvad handler det hele om? En af mange retninger er fiberoptik. Selvom de ikke er en særlig ny opfindelse, er de i øjeblikket den mest moderne måde at sende information på. I forhold til andre medier adskiller de sig ved den største rækkevidde uden afbrydelser, enorm informationskapacitet og modstandsdygtighed over for traditionelle aflytningsmetoder. Al transmission foregår via lys gennem en ledning, der er lidt tykkere end et menneskehår.
Teknologisk udvikling rammer fra tid til anden sine egne milepæle, som samtidig ændrer verdens ansigt. Det 21. århundrede venter stadig på sit gennembrud, og det kan ikke udelukkes, at det bliver en enhed, som Microsoft og Google ikke tilfældigt investerer i. Hvis vi abstrakt forestiller os store datasamlinger, hvis behandling ville kræve millioner af år, bliver alt muligt, når vi begynder at tale om brug af en kvantecomputer. Ved de samme aktiviteter som en traditionel computer – med hvilken kun navnet forbinder – ville det tage få sekunder. I dag svært at forestille sig, men som Einstein sagde:
“Hvis folk kun talte om det, de forstår, ville der være stor stilhed over hele verden.”
Men ændrer alt sig egentlig? I dag lytter vi stadig til Elvis, bortset fra på radioen, og på Spotify ser vi film fra Merlin i 4K, og i stedet for Mount Everest om vinteren prøver vi at bestige K2. Kun Dronning Elizabeth er stadig præcis den samme. Det samme gælder alt, vi stræber efter. Hurtigere, mere, mere moderne. Information, penge, teknologi. Det er svært at sige stop, fordi visionen om en mere komfortabel fremtid fortsætter med at friste. Elektronik når et stadium, hvor dens videre udvikling simpelthen ikke længere vil være mulig – vil nogen undre sig, hvis Mayo’s præsident havde ret? For at være sikker gentager jeg hans ord igen:
“Photonics vil i det 21. århundrede være, hvad elektronik var i det 20. århundrede.”
