Tenk på dette tallet: 74 femtosekunder

Det er 74 tusendels milliarddeler av et sekund.

I løpet av det øyeblikket rekker lyset bare å bevege seg omtrent bredden av et menneskehår. Og nå har forskere ved Caltech bygget en liten dims som kan styre en lysstråle i løpet av dette absurd korte øyeblikket. Ærlig talt — jeg måtte lese om dette tre ganger før jeg skjønte hva jeg egentlig stirret på.

Problemet med å få lys til å samarbeide

Her er greia: lys er sta. Når du vil styre en lysstråle i tradisjonell elektronikk, må du tukle med elektronene i et materiale. Du dytter dem opp i høyere energitilstander og så venter du på at de roer seg ned igjen. Den ventetiden skaper en flaskehals. Den begrenser hvor fort du kan bytte eller styre retning.

Se for deg at du prøver å bytte kjørefelt på motorveien ved å overtale hver enkelt bilist til å svinge av, vente, og så bygge seg inn igjen. Treigt og ineffektivt.

Dagens teknologi topper ut på nanosekunder eller pikosekunder. Fortsatt utrolig raskt etter menneskelige mål, men tungvint når du bygger neste generasjons datamaskiner og kommunikasjonssystemer.

Lys som snakker til lys

Forskerteamet ved Caltech, ledet av Harry Atwater, tok en helt annen tilnærming. I stedet for å bruke elektriske signaler til å manipulere lys, brukte de én lysstråle til å styre en annen.

Konseptet bygger på noe som heter den optiske Kerr-effekten. Når en intens lysstråle passerer gjennom visse materialer, tukler den midlertidig med hvordan materialet samhandler med lys. Den endrer det som kalles brytningsindeksen. Denne endringen skjer så fort fordi elektronene ikke dyttes opp i helt nye energitilstander — de bare ristes litt opp innenfor sine eksisterende baner.

Hva er haken? Alene er denne effekten utrolig svak. En liten justering her og der er ikke nok til å styre en lysstråle på en meningsfylt måte.

Inn i bildet: Nanosøyler

Her blir det smart. Forskerne laget noe som kalles en metaflate — et ark av amorft silisium dekket av nanosøyler, hver mindre enn bølgelengden til lyset som brukes.

Disse små søylene fungerer som bitte små optiske feller. De holder lyset i gang inne i materialet litt lenger enn det normalt ville vart. Det gir Kerr-effekten mer tid til å jobbe. Den utvidete interaksjonen forsterker endringen i brytningsindeksen til den er sterk nok til å styre probestrålen med opptil 13 grader.

Hele prosessen skjer på bare 74 femtosekunder — begrenset ikke av selve materialet, men av varigheten på laserpulsene de brukte.

Hvorfor dette betyr noe

La meg sette det i perspektiv. Hvis du kunne skalere dette opp, kunne en datamaskin som bruker denne teknologien behandle optiske signaler millioner av ganger fortere enn det som er mulig i dag. Vi snakker om mulige anvendelser innen alt fra telekommunikasjon til LiDAR-systemer for selvkjørende biler, til sensorer som kan oppdage enkelte molekyler i medisinsk diagnostikk.

Og her er det virkelig spennende: Forskerne sier at dagens hastighetsgrense ikke er fundamental for teknologien. Det er bare en begrensning i laseroppsettet deres. Med bedre pulser kan dette bli enda fortere — og potensielt åpne dører til konsepter som tidskrystaller og syntetiske optiske materialer med tidsvarierende egenskaper som høres ut som science fiction.

Det store bildet

Denne forskningen representerer et skifte fra å tenke på lyskontroll i form av elektronikk til å tenke på det i form av ren optikk. Vi beveger oss mot en verden der lys ikke bare bærer informasjon — det deltar aktivt i å behandle den.

Vil dette revolusjonere databehandling neste år? Neppe. Men det er en av de fundamentale gjennombruddene som får deg til å innse at vi lever i en tid der grensene for hva som er mulig blir omtegnet i laboratorier, én femtosekund om gangen.

Jeg vet ikke med deg, men jeg synes det er både ydmykende og skikkelig spennende.