De exponentiële groei van het dataverkeer wordt onhoudbaar. In het huidige tempo is de informatietechnologie binnenkort verantwoordelijk voor meer dan 10 procent van het wereldwijde elektriciteitsverbruik. Fotonica – de technologie die gebruik maakt van licht om informatie te transporteren – kan helpen: het zorgt voor energiezuinige, snelle datatransmissie over het internet en binnen datacenters. Daarnaast maakt fotonica nieuwe toepassingen van licht in detectie en computergebruik mogelijk, met een potentieel grote impact op de gezondheidszorg, de agrofoodsector en slimme mobiliteit. Deze beloften kunnen echter alleen worden waargemaakt als we erin slagen steeds complexere fotonische chips tegen lage kosten te maken. De Technische Universiteit Eindhoven doet fundamenteel en toegepast onderzoek om deze droom waar te maken. We spraken met drie onderzoekers over hun werk op het gebied van geïntegreerde fotonica: professor Martijn Heck, universitair docent Patty Stabile en promovendus Marc Spiegelberg.
Wanneer raakte je voor het eerst gëinteresseerd in geïntegreerde fotonica?
Martijn: Als kind was ik om voor de hand liggende redenen (sci-fi!) al gefascineerd door lasers. Tijdens mijn studie toegepaste natuurkunde kreeg ik een voorproefje van hun toepassing in de praktijk. Dit was tijdens de internethausse in de jaren ’90, waarbij optische vezelcommunicatie een rol speelde. Nu is de belangrijkste attractie voor mij de balans tussen concrete toepassingen, zoals het mogelijk maken van ons huidige internet, en de mogelijkheden voor coole toepassingen in de toekomst, zoals volledige optische en quantum-computers.
Marc: Ik hou ook van die evenwichtsoefening tussen fundamenteel en toegepast onderzoek. Ik heb in eerste instantie voor toegepaste natuurkunde gekozen omdat het breed is en specialisatie in een later stadium mogelijk maakt. Tijdens mijn studie leerde ik het belang van de fotonica kennen en zag ik hoe snel het veld groeit.
En wat trok je aan in geïntegreerde fotonica op de TU/e? Waarin onderscheidt de TU/e zich op dit gebied?
Patty: De TU/e loopt al jaren wereldwijd voorop in de fotonische integratietechnologie en doet dat nog steeds.
Martijn: Dat klopt. Wat de TU/e volgens mij ook bijzonder maakt, is de locatie in Eindhoven, een van de wereldwijde hightech-hotspots. Eindhoven heeft altijd een sterke traditie gehad in het verbinden van industrieel en academisch onderzoek. De TU/e is dus letterlijk en figuurlijk heel goed gepositioneerd om ons onderzoek relevant te maken.
Werken bij zo’n gerenommeerde instelling moet je allemaal unieke onderzoeksmogelijkheden bieden. Aan welke onderzoeksprojecten werken jullie momenteel?
Patty: Ik werk momenteel aan optische computers die zijn geïnspireerd op onze hersenen. Mijn doel is om op korte termijn onze fotonische geïntegreerde chips toe te passen op optische computers door een op hersens geïnspireerde architectuur te ontwerpen, gebaseerd op de integratie van elektronica en fotonica. Dit moet leiden tot veel snellere processoren met een veel lager stroomverbruik.
Marc: Ik hou me vooral bezig met de integratie van fotonische en elektronische geïntegreerde schakelingen op waferniveau, waarbij ik hoge snelheden en energie-efficiënte modules voor dataverkeer en telecommunicatie creëer. De klassieke aanpak wordt beperkt door inefficiënte elektrische verbindingen, maar mijn proces elimineert deze en biedt een verbeterde schaalbaarheid.
Wat zijn jullie grootste successen in deze projecten in het afgelopen jaar geweest?
Patty: Mijn collega’s en ik hebben onlangs een optisch neuraal netwerk gedemonstreerd dat, ondanks een beperkt aantal neuronen en lagen, al extreem hoge data-berekeningspercentages kan bereiken. We hebben al acht miljard operaties per seconde bereikt!
Marc: Mijn grootste onderzoeksresultaat van het afgelopen jaar was de succesvolle demonstratie van onze 3D-integratie van fotonische en elektronische schakelingen op waferniveau. Het was het resultaat van een samenwerking tussen Berenschot, Effect Photonics, Fraunhofer HHI, IBM Research, IMinds, Smart Photonics, TU/e IC groep en TU/e PhI groep binnen het Europese Project WIPE.
En welke middelen van de TU/e waren essentieel om u te helpen deze mijlpalen te bereiken?
Marc: De visie en het vertrouwen van mijn begeleider was de sleutel tot het bereiken van mijn onderzoeksdoelen. Hij geloofde mijn oordeel dat onze cleanroom een belangrijk instrument miste. Hij investeerde in een nieuw apparaat voor waferbonding, dat mijn werk mogelijk maakte.
Patty: Het zou nalatig zijn om niets te zeggen over de NanoLab@TU/e cleanroom. Die is van wereldklasse en speelt een fundamentele rol in het mogelijk maken van ons baanbrekend technologisch onderzoek.
Marc: Helemaal mee eens. En onze cleanroomtechnici zijn ook een belangrijke hulpbron. Als nieuweling in de cleanroom heb ik geprofiteerd van het advies en de training van ons cleanroomteam, dat waardevolle kennis van meerdere promotie-onderzoeken heeft verzameld.
Laten we het eens hebben over je ervaring als werknemer op de universiteit. Wat vind je het leukst aan werken op de TU/e?
Patty: Optimisme, samenwerking en maatschappelijke betrokkenheid staan centraal bij het werken aan de TU/e. Ook is er speciale aandacht voor sociale interactie en arbeidsflexibiliteit, die voortkomt uit onvoorwaardelijk en wederzijds vertrouwen.
Marc: Het is waar, de samenwerking binnen de universiteit is indrukwekkend. Het is zichtbaar in alle verschillende groepen en instituten.
Betekent dit dat je de TU/e zou aanbevelen aan andere academici die op zoek zijn naar een onderzoeksfunctie?
Martijn: Natuurlijk zou ik de TU/e aanbevelen! Er is hier een heel spectrum aan mogelijkheden die aansluiten bij je interesses. Het is perfect voor jonge onderzoekers bij wie de interesses zich nog zullen ontwikkelen. De locatie van de universiteit in Eindhoven stelt hen in staat om in contact te komen met het bedrijfsleven en geeft hun de mogelijkheid om na hun promotie of postdoc te solliciteren naar een niet-academische baan als ze dat willen.
Patty: Wat mij betreft ook een volmondig ja. De TU/e loopt al jaren wereldwijd voorop met fotonische chips en dat is nog steeds zo. De publicaties van de TU/e hebben hoge citatiescores en het baanbrekende onderzoek van de universiteit wint regelmatig prestigieuze beurzen. Onze universiteit is door Times Higher Education Ranking ook op de eerste plaats gezet voor samenwerking met het bedrijfsleven en we hebben het hoogste aantal parttime hoogleraren uit het bedrijfsleven van Nederland. Je vindt hier volop mogelijkheden.
Dit artikel werd eerder gepubliceerd in Academic Stories.
