74 femtosekunder. Lad det synke ind.

Forestil dig dette tal: 74 femtosekunder.

Det er 74 tusindedele af en billiontedel af et sekund.

Lys kan i den tid kun rejse sig cirka bredden af et menneskehår. Og nu har forskere fra Caltech bygget en dims, der kan styre en lysstråle på netop dette umuligt korte tidspunkt. Jeg må ærligt indrømme — da jeg først læste om det, måtte jeg læse det tre gange for at være sikker på, at jeg forstod hvad jeg kiggede på.

Problemmet med at få lys til at makke ret

Sagen er, at lys er pokkers stavere. Når du vil styre en lysstråle i traditionel elektronik, arbejder du typisk med elektronerne i et materiale — du skubber dem op i højere energitilstande og venter så på, at de falder til ro igen. Den der ventetid skaber en flaskehals. Det sætter en grænse for, hvor hurtigt du kan skifte eller styre lys.

Tænk på det som at prøve at skifte vognbane på en motorvej ved at overtale enkelte biler til at trække ind til siden, vente, og så flyde tilbage. Det er langsomt og ineffektivt.

Nuværende teknologi topper ud på nanosekunder eller picosekunder — lynhurtigt efter menneskelige standarder, men praktisk talt trægt, når vi taler om næste generation af computere og kommunikationssystemer.

Lys der taler til lys

Forskerholdet fra Caltech, ledet af Harry Atwater, tog en helt anden tilgang. I stedet for at bruge elektriske signaler til at manipulere lys, brugte de én lysstråle til at styre en anden.

Konceptet bygger på noget, der hedder den optiske Kerr-effekt. Når en intens lysstråle passerer gennem bestemte materialer, justerer den midlertidigt, hvordan materialet interagerer med lys — den ændrer det, man kalder brydningsindekset. Ændringen sker så hurtigt, fordi elektronerne ikke bliver skubbet op i helt nye energitilstande; de bliver bare rystet en smule rundt i deres eksisterende baner.

Men? Effekten er i sig selv utroligt svag. En lille justering her og der er ikke nok til at styre en lysstråle meningsfuldt.

Ind i billedet træder nanosøjlerne

Her bliver det smart. Forskerne skabte det, man kalder en meta-overflade — et lag af amorft silicium dækket af nanosøjler, hver mindre end bølgelængden af det lys, de bruger.

Disse små søjler fungerer som små optiske fælder. De holder lyset til at sprette rundt inde i materialet lidt længere end normalt, så Kerr-effekten får mere tid til at arbejde. Den forlængede interaktion forstærker brydningsindeks-ændringen, indtil den er stærk nok til at styre probe-strålen med op til 13 grader.

Hele processen sker på bare 74 femtosekunder — begrænset ikke af materialet selv, men af varigheden af de laserpulser, de brugte.

Hvorfor det betyder noget

Lad mig sætte det i perspektiv. Hvis man kunne skalere det her op, kunne en computer med denne teknologi behandle optiske signaler millioner af gange hurtere end hvad der er muligt i dag. Vi taler om potentielle anvendelser inden for alt fra telekommunikation til LiDAR-systemer i selvkørende biler, til sensorer der kan opdage enkelte molekyler i medicinsk diagnostik.

Og her kommer det virkelig spændende: Forskerne siger, at den nuværende hastighedsgrænse ikke er fundamental for teknologien. Det er bare en begrænsning i deres laseropsætning. Med bedre pulser kunne det blive endnu hurtigere — potentielt åbne døre til koncepter som tidkrystaller og syntetiske optiske materialer med tidsvariation, der lyder som science fiction.

Det store billede

Denne forskning repræsenterer et skift i måden vi tænker om lyskontrol på — fra at tænke i elektronik til at tænke i ren optik. Vi bevæger os mod en verden, hvor lys ikke bare bærer information — det deltager aktivt i at behandle den.

Vil det revolutionere databehandling næste år? Næppe. Men det er en af de grundlæggende gennembrud, der får en til at indse, at vi lever i en æra, hvor grænserne for hvad der er muligt bliver tegnet om på laboratorier, én femtosekund ad gangen.

Ved I hvad? Jeg finder det både ydmygt og helt fantastisk.