74 femtoseconden. Ja, je leest het goed.

Dit is de tijd die het kost om een lichtstraal om te buigen. Letterlijk.

In 74 femtoseconden legt licht een afstand af die overeenkomt met de dikte van een mensenhaar. Microscopisch klein. En toch hebben wetenschappers aan Caltech nu een apparaat gebouwd dat precies dát voor elkaar krijgt. Ik moest het artikel drie keer lezen voor ik het geloofde.

Het probleem met licht in de weg leggen

Licht is koppig. Heel koppig.

Wie normaal gesproken een lichtstraal wil sturen, werkt via elektronen. Je duwt ze naar hogere energieniveaus en wacht tot ze weer terugvallen. Die wachttijd is de bottleneck. Alles wat je eerder had, wordt geblokkeerd door die ene fractie van een seconde.

Stel je voor dat je van rijbaan wilt wisselen op de snelweg. Niet door gas geven of remmen, maar door elk individueel voertuig over te halen om even te stoppen, uit te wijken, en dan weer in te voegen. Traag. Omslachtig. Zo werkt het tot nu toe.

De huidige technologie haalt nanoseconden of picoseconden. Voor menselijke maatstaven? Ongelooflijk snel. Voor de volgende generatie computers en communicatiesystemen? Te langzaam.

Licht dat tegen licht praat

Het team van Harry Atwater koos een totaal andere aanpak. Geen elektronische signalen. Geen tussenkomst van elektriciteit. In plaats daarvan gebruikten ze één lichtstraal om een andere lichtstraal te sturen.

De basis is het optische Kerr-effect. Wanneer een krachtige lichtbundel door bepaalde materialen schiet, verandert het tijdelijk hoe dat materiaal met licht omgaat. De brekingsindex verschuift. Dit gaat razendsnel omdat elektronen niet naar nieuwe energieniveaus worden geduwd. Ze worden alleen een beetje geschud binnen hun huidige baan.

Maar hier komt het: dit effect is van nature ontzettend zwak. Een minieme verandering redden het niet. Je kunt er geen lichtstraal mee sturen.

De nanoscale pilaren

En toen kwamen de pilaren.

De onderzoekers bouwden een meta-oppervlak. Een laagje amorf silicium bekleed met pillars van slechts enkele nanometers. Zo klein dat ze kleiner zijn dan de golflengte van het licht dat ze gebruikten.

Deze kleine pilaren fungeren als valstrikjes voor licht. Ze zorgen ervoor dat licht rond blijft kaatsen in het materiaal, iets langer dan normaal. Die extra tijd geeft het Kerr-effect meer ruimte om te werken. Het verzwakte signaal wordt opgeblazen tot iets bruikbaars. Het resultaat: een lichtstraal die tot 13 graden kan worden omgebogen.

Alles in 74 femtoseconden. Die snelheid was overigens niet de limiet van het materiaal. De researchers werden beperkt door hun laserapparatuur.

Waarom dit belangrijk is

Laat me even schetsen wat dit kan betekenen.

Een computer die dit principe gebruikt, zou optische signalen miljoenen keren sneller kunnen verwerken dan nu mogelijk is. Denk aan telecommunicatie. Aan LiDAR-systemen voor zelfrijdende auto's. Aan sensors die individuele moleculen kunnen detecteren in medische diagnostiek.

Maar het meest opwindende? De snelheidslimiet is niet fundamenteel. Hij zit in de laseropstelling. Met betere pulsen wordt dit nóg sneller. Misschien zelfs snel genoeg voor concepten als time crystals en kunstmatige materialen met variërende optische eigenschappen. Dat klinkt als sciencefiction. Wetenschappers noemen het toepassingsonderzoek.

De grotere context

Dit onderzoek verlegt de grens. Weg van denken in elektronica, naar denken in pure optica. Licht wordt niet langer alleen een drager van informatie. Het wordt een actieve speler in de verwerking ervan.

Gaat dit volgend jaar de technologie revoluti oneren? Nee. Maar dit is zo'n fundamentele doorbraak die je eraan herinnert dat de grenzen van het mogelijke elke dag opnieuw worden verlegd. In laboratoria. Eén femtoseconde tegelijk.

Vind je dat ook zo'n beetje onwerkelijk? Ik wel.