Prieš mane stūkso fotoninis procesorius, kurio branduolys – 0,8 kvadratinio metro silicio nitrido plokštė, auginama 1200 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Tai nėra tradicinė mikroschema, o šviesos takų labirintas, skirtas atlikti neuroninių tinklų skaičiavimus naudojant lazerio fotonus vietoj elektronų. Projektą kuruoja „LightMatter“ inžinierių komanda, vadovaujama Nicko Harriso, siekianti apeiti varžos ribas, kurios stabdo silicio puslaidininkius. Kiekvienas šios mašinos komponentas yra kompromisas tarp optinio pralaidumo ir šiluminės plėtimosi koeficiento, priverstinai suderintas per dvejus metus trukusį finansinį balansavimą tarp rizikos kapitalo fondų reikalavimų ir fizikos galimybių.
Pagrindinė kliūtis yra fazių moduliatorius – mikroskopinė struktūra, kuri turi keisti šviesos bangos fazę per 5 pikosekundes. Šis elementas patiria nuolatinę 150 gigapaskalių mechaninę įtampą, kurią sukelia pjezoelektrinis valdymas. Per ankstesnius testus pastebėjome, kad medžiagos kristalinė gardelė negrįžtamai deformuojasi po 10 milijardų ciklų. Inžinerinė komanda, įskaitant vyriausiąjį technologą, susidūrė su dilema: naudoti brangesnį, bet mažiau patikimą ličio niobatą, ar rizikuoti su silicio junginiais, kurie neatlaiko staigių temperatūros pokyčių. Buvo pasirinktas antrasis kelias, nes investuotojai atsisakė didinti gamybos kaštus, nepaisant akivaizdaus komponento trapumo.
Darbo procese susidūrėme su „Fotoninio dreifo“ problema. Kai 200 milivatų lazerio spindulys praeina pro moduliatorių, jis sukuria lokalų 45 laipsnių Celsijaus šuolį. Tai keičia medžiagos lūžio rodiklį, todėl duomenų srautas praranda sinchronizaciją. Mes bandėme tai išspręsti pasitelkdami aktyvų skystąjį aušinimą, tačiau siurblių vibracija sukėlė rezonansą, kuris išderino optinę ašį. Inžinierius Jonas, atsakingas už šilumos valdymą, priėmė sprendimą atjungti vibracijos slopintuvus, kad išlaikytų sistemos stabilumą. Jis žinojo, kad tai sutrumpins komponento tarnavimo laiką, tačiau tai buvo vienintelis būdas pasiekti demonstravimo etapą iki ketvirčio pabaigos.
Dabar stebiu osciloskopą, rodantį 40 gigabitų per sekundę srautą. Signalo kokybė priklauso nuo to, ar moduliatoriaus laikiklis išlaikys 0,02 mikrono tikslumą. Kiekviena lazerio spindulio korekcija atima 850 mikrovatų galios, o sistema balansuoja ant ribos, kurioje fotonų sąveika su medžiaga sukuria nepageidaujamą triukšmą. Mes nebekuriame kompiuterio; mes valdome šviesos srautą, kuris elgiasi kaip skystis, bandantis išsiveržti iš uždaro, 30 centimetrų ilgio bangolaidžio.
Kiekvienas bandymas atlikti skaičiavimus reikalauja 12 voltų įtampos, kuri tiekiama per itin jautrius aukso laidininkus. Jei įtampa svyruoja daugiau nei 0,5 procento, visas atominis tinklas praranda fazę. Ši sistema yra tarsi stiklinis laikrodis, įstatytas į greitkelį. Aplinkos vibracija, net ir menkiausias pėstųjų žingsnis pastato koridoriuje, persiduoda į optinę plokštę ir sukelia 15 nanometrų poslinkį. Mes esame priversti dirbti naktimis, kai miesto pulsas sulėtėja ir mechaninis triukšmas sumažėja iki priimtino lygio.
Jaučiu, kaip prarandu gebėjimą vertinti riziką. Mano darbas tapo nuolatine kova su termodinamika. Kiekviena atmetimo klaida, pasirodanti monitoriuje, reiškia 0,08 milisekundės prarastą laiką, kurį vėliau turime kompensuoti padidindami lazerio intensyvumą. Tai užburtas ratas: didesnė galia didina šilumą, šiluma keičia optines savybes, o pokytis reikalauja dar daugiau galios. Viskas baigta.
Prieš akis – atviros sistemos vidus. Moduliatoriaus laikiklis, kainavęs 40 tūkstančių eurų, subyrėjo dėl mikroskopinio įtrūkimo, atsiradusio po 200 valandų veikimo. Niekas negali jo pakeisti greičiau nei per savaitę, o tai reikštų projekto sustabdymą ir finansavimo nutraukimą. Inžinieriai stovi aplink, jų veiduose – baimė, kurią jaučiu ir aš. Mes esame priklausomi nuo šios mašinos, o ji yra priklausoma nuo mūsų klaidos.
Ištraukiu iš savo darbo stalo stalčiaus paprastą, 5 centimetrų ilgio guminį tarpiklį, skirtą virtuvės maišytuvui. Jis yra per minkštas, per pigus ir visiškai nepritaikytas vakuuminei aplinkai, kurioje veikia mūsų optika. Įspaudžiu jį tarp laikiklio pagrindo ir aušinimo bloko, kad sugertų vibraciją, kurią sukelia prastai subalansuotas ventiliatorius. Guma atlaiko spaudimą, sugeria rezonansą, ir osciloskopo kreivė staiga tampa tiesi. Milijonų vertės optinė sistema dabar veikia tik dėl šio 1 euro kainuojančio guminio žiedo. Žiūriu į jį, suvokdamas, kad aukščiausio lygio inžinerija dažniausiai remiasi ne teoriniu tobulumu, o tuo, kas po ranka.