Uit de chip komt code 101010110

Licht is wat de drie winnaars van de Nobelprijs natuurkunde bindt. Ze legden licht vast op een chip en ze lieten licht voor hen werken in dunne glasvezelkabels.

Het zal niet onmiddellijk tot Willard Boyle en George Smith zijn doorgedrongen welke revolutie ze ontketenden toen ze veertig jaar geleden een middagje aan het brainstormen waren. En ze zullen niet vermoed hebben dat ze er nog eens een Nobelprijs mee zouden winnen.

Ze zaten bij een schoolbord in Bell Labs, de onderzoeksafdeling van telefoonmaatschappij AT&T. Ze zonnen op een manier om hun onderzoeksbudget veilig te stellen. Al het geld dreigde naar de ontwikkeling van magnetische ‘bellengeheugens’ te gaan. Dat was een techniek voor gegevensopslag die werkte met kleine magnetische gebiedjes die in een dunne film waren opgenomen.

Zou het ook niet anders kunnen? Met kleine elektrische ladinkjes, gerangschikt als een keten van emmertjes, waarbij een vol emmertje de binaire 1 en een leeg emmertje de 0 voorstelde? En zou je een chip met die emmertjes kunnen uitlezen door die emmertjes in een strak ritme hun lading van het de ene naar het andere emmertje over te laten dragen, zodat aan de rand van de chip de opgeslagen binaire code verscheen, zoals 101010110? Dat kon.

Maar hun Charge Coupled Device (CCD) zou niet als geheugentoepassing overleven, maar als een methode om een lichtbeeld te registreren. Dat kwam doordat je het plaatje silicium waarop je zo’n geheugen onderbrengt, lichtgevoelig kunt maken. Lichtdeeltjes die op het silicium neerdalen, maken dan één of meer elektronen vrij. Hoe intenser het licht, des te meer elektronen, en des te voller de emmertjes. Verder is het een kwestie van uitlezen en terugvertalen in lichtpunten en voilà: de grootste revolutie sinds Daguerre in 1839 zijn fotografisch procédé onthulde was een feit.

De natuurkundige Albert Polman werkte als postdoc van 1989 tot 1991 op Bell Labs, en begrijpt heel goed dat het precies op die plek gebeurde. „Alles kon daar. Ik heb net nog de goede tijd meegemaakt. In 1995 was het voorbij. De eigenaar van Bell Labs, telefoonmaatschappij AT&T, draaide de geldkraan dicht want plotseling waren ze niet meer de enige telefoonmaatschappij. En de concurrentie deed niet aan onderzoek.”

Polman is nu directeur van het FOM-instituut AMOLF en leidt daar de onderzoeksgroep photonic materials. Eén van zijn helden is de Britse Chinees Charles Kao, die met Boyle en Smith de Nobelprijs voor natuurkunde deelt. Kao legde de grondslag voor het transport van data door glasvezels. „Toen ik in 1989 naar Bell Labs ging heb ik zijn standaardwerk Optical Fiber gelezen. In de inleiding zegt hij “A communication revolution is in the making”. Dat had hij goed gezien. „Zonder glasvezelkabels hadden we nu geen internet.”

Kao liet zien dat lichtsignalen veel langer door glasvezels kunnen reizen dan werd gedacht, als die vezels maar heel zuiver van samenstelling zijn.

De capaciteit van glasvezelkabel is onvoorstelbaar groot, zegt Polman. “Je kunt wel duizend kleuren licht tegelijkertijd door een glasvezel sturen, en elke kleur is een stroom data. Alle telefoongesprekken die op dit moment op de wereld worden gevoerd, kunnen tegelijkertijd door één glasvezel.”