Decennialang werden computers sneller, omdat de componenten op de chips steeds kleiner werden. Maar nu de grenzen van het mogelijke in zicht komen, wenden chipontwerpers zich tot de fotonica. Deze technologie belooft niet alleen enorme energiebesparing, maar mogelijk ook werkelijk bruikbare kwantumcomputers. Wat zijn fotonische chips precies?

“Er bestaat geen reden waarom iedereen thuis een computer zou willen hebben.” Ken Olsen, medeoprichter van het computerbedrijf Digital Equipment Corporation, sprak deze woorden in 1977. En hij had gelijk, want destijds hadden de meeste mensen niets aan zo’n ding. Pas na zo’n vijftien jaar werden pc’s gemeengoed in huishoudens en wat later kwamen de mobiele telefoon en zijn opvolger de smartphone op. Op een enkele hoogbejaarde na heeft iedereen inmiddels altijd zo’n zakcomputer bij de hand. Vergeleken met de computers uit de jaren 70 zijn dat formidabele apparaten. Wanneer je toen voorspeld zou hebben dat iedereen met een snoerloos plankje zou kunnen filmen, navigeren, beeldbellen en betalen en dat we er in permanent contact met bekenden mee zouden staan, dan zou dat louter meewarige blikken hebben uitgelokt.

Kwantummechanische wetten

Een minicomputer die alles kan en waar je zelfs mondelinge vragen aan kunt stellen, moet wel een enorm geoptimaliseerd apparaat zijn. Dat is inderdaad het geval. Smartphones zouden niet mogelijk zijn zonder uiterst compacte componenten, waaronder vooral de microprocessor. De allereerste processor, de Intel 4004 uit 1971, telde 2300 transistors. Tegenwoordig is 15 miljard geen uitzondering. De kloksnelheid bedroeg 740 kilohertz, oftewel zo’n 4000 keer trager dan wat tegenwoordig de norm is. En met 10 micrometer waren de transistors op deze oerchip ook nog eens zo’n 1000 tot 2000 keer groter dan de 10- of 5-nanometer-componenten op de huidige chips.

Hoe fantastisch ook, dit feest kan volgens veel deskundigen niet eeuwig doorgaan. Chips zijn gemaakt van silicium. Een siliciumatoom heeft een doorsnee van ruwweg 0,2 nanometer. De grenzen van de miniaturisering zijn dus in zicht. Daar komt bij dat elektronen, die de dragers van informatie zijn in deze transistors, op deze schaal grillig gedrag vertonen. De kwantummechanische wetten die het gedrag van elementaire deeltjes beschrijven, staan toe dat elektronen zich plotseling op een andere plek bevinden of zelfs op twee plekken tegelijk. Uiteraard is dit niet best voor de stabiliteit van een chip.

©PXimport

System on a chip

Volgens pessimisten komt hiermee een einde aan de Wet van Moore, de vuistregel dat het aantal transistors op een chip pakweg elke twee jaar verdubbelt. Nieuwe processors, zo vrezen ze, zullen niet meer de spectaculaire prestatiesprongen laten zien waaraan we gewend en verslaafd zijn geraakt. Nu zijn ontwerpers van chips gelukkig niet voor één gat te vangen. Het succes van de smartphone is gebaseerd op de uitvinding van de ‘system on a chip’, oftewel SoC. Door de processor, de grafische processor, het werkgeheugen en andere vitale onderdelen op één chip samen te brengen, kan flink wat ruimte en energie worden bespaard. Een laag energieverbruik is essentieel in mobiele apparaten: de accu raakt minder snel leeg en er hoeft minder warmte te worden afgevoerd. Traditionele laptopprocessors, zoals die van Intel, worden bij intensieve taken zo heet dat de chip zelfs bij een loeiende ventilator zijn kloksnelheid moet terugschakelen. SoC’s, zoals de M1-chip in de nieuwste laptops van Apple, blijven dermate koel dat een ventilator meer luxe dan noodzaak is. De nieuwste MacBook Air bevat er dan ook geen.

Geen vreemde eend

Maar hoe slim ook ontworpen, ook SoC’s lopen tegen de grenzen van de miniaturisering aan. Daarom beginnen chipontwerpers aan het fundamentele karakter van de traditionele siliciumchip te morrelen. Zoals we al zagen, is een chip een apparaat waarin groepjes elektronen heen en weer geschoven worden. Dat zijn elementaire deeltjes met een massa en een elektrische lading. Ze zijn daardoor gemakkelijk te manipuleren. Maar wanneer ze bewegen, warmen ze hun omgeving op. Er bestaat ook een deeltje dat dit nadeel niet heeft: het foton. Dit deeltje, feitelijk het kwantum van het elektromagnetische veld, is bepaald geen vreemde bijt in de ICT-industrie. Het wordt al jaren gebruikt om data te verzenden door glasvezelkabels en ook LiDAR berust op het uitzenden en opvangen van fotonen. Maar zodra deze deeltjes in een computer aankomen, geven ze het estafettestokje door aan elektronen, zodat er bewerkingen op kunnen worden uitgevoerd. Het onderzoeksveld dat zich met deze wisselwerking tussen fotonen en elektronen bezig houdt, wordt fotonica genoemd.

©PXimport

Grofstoffelijk

Fotonen kunnen dus worden gebruikt om data te verzenden en de omgeving te scannen, maar vooralsnog niet om te rekenen. Dat is teleurstellend, want fotonische schakelingen zijn in theorie ontzettend snel en erg energiezuinig.

Martijn Heck is sinds 2020 hoogleraar fotonica aan de Technische Universiteit Eindhoven, na eerder werkzaam te zijn geweest aan de Universiteit van Aarhus in Denemarken, waar hij in 2013 de Photonic Integrated Circuits-groep oprichtte. Het probleem met fotonica, zo zegt hij, is dat het niet schaalt. Het is vooralsnog dus onmogelijk fotonische schakelingen te maken die even klein zijn als elektronische transistors. Alleen al om die reden zal fotonica niet de transistor vervangen, aldus Heck tijdens een videogesprek. “Fotonica is te grofstoffelijk.” De voordelen van fotonica blijken subtieler. Fotonica, zo verzekert Heck, is goed in lengte. In het verzenden van data over lange afstanden dus. Glasvezelverbindingen vormen het ultieme voorbeeld, maar met de hoge datasnelheden van en naar de huidige microprocessors zijn decimeters en centimeters eveneens niet te negeren afstanden. Fotonica is daarom de aangewezen technologie om in datacenters servers met elkaar te verbinden. Dit wordt al in praktijk gebracht. Energiebesparing is daartoe opnieuw de belangrijkste stimulans.

©PXimport

Multiplexen

De volgende stap is het verbinden van verschillende chips binnen één systeem. Het Californische bedrijf AyarLabs bijvoorbeeld beweert een technologie in huis te hebben waarmee over afstanden van enkele millimeters tot twee kilometer bandbreedtes kunnen worden behaald die duizend keer hoger liggen dan die van traditionele elektrische verbindingen, bij een tien keer zo laag energieverbruik.

Heck is ervan overtuigd dat in de toekomst de verschillende onderdelen van één en dezelfde chip met fotonica verbonden zullen worden. Dat is nu nog problematisch, omdat het om heel korte afstanden gaat, waarbij de omzetting van elektronisch naar fotonisch en terug een wissel trekt op het energieverbruik. Dat er niettemin toekomst in zit, komt door de hoge bandbreedtes die behaald kunnen worden door te multiplexen: verschillende golflengtes kunnen tegelijkertijd over hetzelfde kanaal worden verzonden. Want niet alleen bandbreedte, maar ook bandbreedtedichtheid kan in huidige chips problematisch zijn, aldus Heck. “Denk in termen van het aantal pinnetjes waarmee de chip op het moederbord vast zit. Dat is beperkt. Multiplexen is daarom een goede oplossing.” Voor dat dit allemaal goed mogelijk is, dienen er nog wel wat materiaaltechnische hindernissen overwonnen te worden. Op dit moment berust de hele halfgeleiderindustrie op silicium. Dat is helaas een materiaal dat niet geneigd is licht uit te zenden. Er wordt daarom volop geëxperimenteerd met andere materialen, zoals galliumarsenide en indiumfosfide, die wel in staat zijn binnen een chip fotonen te produceren. Maar de integratie van zulke materialen in bestaande productielijnen voor chips is niet triviaal.

Kwantumcomputers

Zodra deze problemen overwonnen zijn, voorziet Heck wel degelijk fotonische systemen die specifieke rekenkundige bewerkingen uit kunnen voeren. In theorie zijn optische computers megaparallel. Dat maakt ze geschikt voor specifieke toepassingen, zoals het doorzoeken van databases. Het Britse bedrijf Optalysys pioniert hierin. Het parallelle karakter van fotonica maakt het ook geschikt voor neuromorfische processors: chips die net als dierlijke hersenen signalen tegen elkaar afwegen. In moderne SoC’s zijn zulke modules soms al aanwezig ter ondersteuning van machine learning en AI. Heck stelt zich voor dat zulke modules in de toekomst fotonisch van aard zullen zijn. Ze zullen veel krachtiger zijn dan de huidige neuromorfische modules, vanwege het feit dat licht uitgesplitst kan worden in verschillende frequenties die parallel verwerkt kunnen worden.

Verrassend genoeg ontwaart Heck ook raakvlakken tussen fotonica en kwantumcomputing. Kwantumcomputers zijn apparaten die problemen oplossen door gebruik te maken van de meest fundamentele eigenschappen van de natuur, zoals die beschreven worden door de kwantummechanica. Volgens deze theorie, die de afgelopen honderd jaar aan alle kanten experimenteel bevestigd is, bevinden elementaire deeltjes zich van nature in een zogenaamde superpositie. Dit is een vrij complex natuurkundig concept, maar in een kwantumcomputer betekent het dat de basiseenheid van informatie geen bit is, maar een qubit. Waar een bit 0 of 1 is, is een qubit een superpositie van deze twee toestanden. Qubits kunnen bovendien met elkaar verstrengeld zijn, een mysterieuze toestand waar Einstein zelf nog zijn tanden op stuk heeft gebeten. Hoe dan ook, de theorie voorspelt dat kwantumcomputers in principe reusachtig krachtig zijn in, vooral, het ontrafelen van processen in de natuur. De verwachting is dat ze zullen leiden tot doorbraken in onder meer de materiaalkunde en de farmacie.

©PXimport

Xanadu en PsiQuantum

De even beroemde als excentrieke natuurkundige Richard Feynman zei ooit dat wanneer iemand zegt de kwantumfysica te begrijpen, dat het bewijs vormt dat hij er niets van begrepen heeft. Onderzoekers die kwantumcomputers proberen te ontwerpen, tasten inderdaad voor een belangrijk deel in het duister. Het principe lijkt te werken, maar het blijkt uiterst moeilijk om het aantal qubits op te schalen tot het niveau waarop een apparaat werkelijk bruikbaar wordt. Elke toegevoegde qubit verdubbelt weliswaar de rekenkracht, maar dat lijkt ook te gelden voor de complexiteit van het systeem. IBM heeft niettemin simpele kwantumcomputers online staan waar geïnteresseerden nu al eenvoudige bewerkingen op uit kunnen voeren.

Fysieke qubits kunnen uit allerlei deeltjes (of grotere objecten) bestaan. Die dienen meestal wel tot bijna het absolute nulpunt afgekoeld te worden om te voorkomen dat omgevingsinvloeden de superpositie om zeep helpen. Fotonen daarentegen kunnen ook bij kamertemperatuur als qubits worden gebruikt. De Canadese start-up Xanadu presenteerde dit voorjaar ‘s werelds eerste fotonische kwantumchip. En deze zomer haalde het Californische bedrijf PsiQuantum 450 miljoen dollar op voor de ontwikkeling van de Q1: een op silicium gebaseerde fotonische kwantumcomputer met superieure foutcorrectie – een heet hangijzer in de wereld van de kwantumcomputing.

©PXimport

Wereldspelers à la ASML

Te midden van deze ontwikkeling rijst de vraag: in welke ontwikkelingsfase bevindt de fotonica zich als je het vergelijkt met de ontwikkeling van de micro-elektronica, als we de eerste Intel-chip uit 1971 als ijkpunt nemen? “In de buurt van 1980”, zegt Heck. Dat is een intrigerend antwoord. Dat betekent namelijk dat deze industrie een grote toekomst tegemoet gaat. Heck bevestigt dat hij exponentiële groei voor zich ziet.

Of jonge Nederlandse fotonicabedrijven zullen uitgroeien tot wereldspelers à la ASML, valt volgens Heck niet te zeggen. Dat hangt volgens hem ook sterk af van de manier waarop de huidige giganten, zoals de Taiwanese chipfabrikant TSMC, op deze ontwikkelingen inspelen. Hij benadrukt wel dat we in Nederland over ‘strategische technologie’ beschikken. De overheid onderkent dat ook. Vorig jaar nam het ministerie van Economische Zaken deel aan een investering van 35 miljoen euro in het Eindhovense SMART Photonics, maker van fotonische chips op basis van indiumfosfide. Zonder dat geld was dit innovatieve bedrijf met 75 werknemers hoogstwaarschijnlijk in Aziatische handen gevallen. Of de Wet van Moore gered zal worden door fotonica, lijkt inmiddels de verkeerde vraag. Moores vuistregel heeft eigenlijk alleen betrekking op de traditionele computerchip. Maar met fotonica slaat de computerindustrie een weg naar onbekend terrein in. Wellicht wacht aan de horizon de heilige graal in de vorm van een superkrachtige fotonische kwantumcomputer. Maar energiezuinige datacenters zijn ook de moeite waard.

©PXimport

De twee gezichten van het licht

In de drukke decembermaand wil je iets lekkers op tafel zetten, maar liever niet de hele middag in de keuken staan. De airfryer is dan je beste hulp: één apparaat waarmee je supersnel allerlei snacks en lekkernijen maakt, zonder dat de keuken ontploft. Van kruidnoten tot bladerdeegsterren en mini-kaaskroketjes: fijne feestdagen!

Kleine hapjes, groot gemak

Wie denkt dat de airfryer alleen geschikt is voor friet en kroketten, heeft het mis. Met bladerdeeg, een beetje creativiteit en wat basis-­ingrediënten maak je in korte tijd verrassend veel verschillende gerechtjes. Denk aan mini-saucijzenbroodjes, bladerdeeghapjes met brie en cranberry of kleine pizzarondjes met tomaat en mozzarella.

©ID.nl

Nog meer lekkers voor wie (van) zoet is

Nog meer zoete trek?De airfryer is je beste vriend. Je kunt er mini-appelflappen in bakken, kleine kaneelbroodjes of plakjes appel met kaneel en een beetje honing. Het bakt snel en de suiker karamelliseert mooi zonder dat je extra boter nodig hebt. Voor een feestelijke touch kun je wat poedersuiker of gesmolten chocolade toevoegen zodra deze zoete hapjes uit de mand komen.

Wie het makkelijk wil houden, gebruikt kant-en-klaar deeg of koekjesdeeg: rol kleine balletjes, leg ze in de airfryer en bak ze een paar minuten tot ze goudbruin zijn. Ideaal als snelle zoete traktatie bij de koffie of als dessertje na het eten.

©ID.nl

©ID.nl

Je ideale keukenhulp voor de feestdagen

De airfryer bewijst in december zijn waarde. Je maakt er zonder moeite hapjes mee voor elk moment, van sinterklaasavond tot oud en nieuw. Of het nu gaat om kruidnoten, bladerdeegsterren of kaaskroketjes: met de airfryer is het zo gepiept. Zo blijft er genoeg tijd over voor wat écht belangrijk is: gezelligheid aan tafel.

🎯 Populairste merken airfryer in NL

Philips
Aanrader: Philips 3000 Series NA352/00 Airfryer 9 L Dual Basket. Dubbele mand en ruime inhoud, geschikt voor gezinnen of grotere porties. Reviewscore op Kieskeurig: 8,2.

Tefal
Aanrader: Tefal Dual Easy Fry & Grill EY905D 8.3L XXL Airfryer. Ruim model met twee lades, geschikt voor grotere porties of volledige maaltijden. Reviewscore op Kieskeurig: 8,8.

Inventum
Aanrader: Inventum GF500HLD Airfryer. Betaalbare instapper; handig voor kleinere huishoudens. Reviewscore op Kieskeurig: 9,2.

Princess
Aanrader: Princess Double Basket Airfryer - 8L - 2400W. Dubbele airfryer met twee manden van 4 liter. Meer dan genoeg capaciteit voor een gezin. Reviewscore op Kieskeurig: 8,5.

Ninja
Aanrader: Ninja Airfryer XXL Max Pro. Geschikt voor 3-4 personen. Gelijkmatige resultaten bij friet, groenten en vlees. Dankzij de hogere stand wordt alles extra knapperig. Reviewscore op Kieskeurig: 9,6.

🔟 Over de reviewscores op Kieskeurig.nl
Op Kieskeurig.nl schrijven consumenten reviews over producten. Bij de beoordeling zie je niet alleen het gemiddelde cijfer, maar ook hoeveel reviews er zijn geschreven. Zo krijg je meteen een indruk of de score op basis van één enkele review is of op basis van veel gebruikerservaringen.

De app Plaknotities is al jarenlang het digitale alternatief voor de gele briefjes die je vroeger op de koelkast of tegen je beeldscherm plakte. In Windows 11 heeft de opvolger, Sticky Notes, een flinke make-over gekregen. Daarmee is hetzelfde concept gegroeid tot veel meer dan een virtueel memoblaadje.

De digitale tegenhanger van de Post-It-briefjes gaat al lang mee. In een wereld van cloudtechnologie en integratie met mobiele apparaten stond het in de sterren geschreven dat deze basisapp mee zou evolueren. De nieuwe Sticky Notes in Windows 11 is niet zomaar een cosmetische update. Microsoft heeft achter de schermen flink gesleuteld.

Overal beschikbaar

Sticky Notes werkt als zelfstandige app die je downloadt via de Microsoft App Store en die ook is geïntegreerd in OneNote. Je opent de app het snelst door Sticky Notes in het zoekvak te typen en op Enter te drukken. Je kunt Sticky Notes ook starten via de toetscombinatie Win+Alt+S.

In Windows 11 staat trouwens de oude versie ook nog op het systeem, maar die heet zoals vertrouwd Plaknotities. Na de laatste update vraagt de app je om je aan te melden met je Microsoft-account. Daarmee worden al je memo's gesynchroniseerd, zodat je ze op al je apparaten kunt openen. Dit kan ook op je smartphone of via de OneNote-app.

Mooier design

De nieuwe notities binnen Sticky Notes zien er moderner uit. De interface sluit mooi aan bij het strakke, afgeronde design van Windows 11. Gebruik je liever de donkere modus? Geen probleem: Sticky Notes volgt automatisch je systeeminstellingen. Zo blijft de interface aangenaam zonder dat je zelf iets hoeft aan te passen. Heb je een touchscreen of stylus, dan merk je dat handgeschreven notities automatisch worden omgezet in getypte tekst. Dat is handig en intuïtief.

De opmaakmogelijkheden zijn nog wel enigszins beperkt: andere lettertypes kiezen is nog steeds niet mogelijk. Ook het wijzigen van de lettergrootte lukt niet in Windows 11. Wat extra typografische vrijheid zou welkom zijn.

Sticky Notes heeft verder een QR-code die je scant met de camera van je smartphone. Daarmee kun je de notities op je telefoon rechtstreeks openen in de mobiele OneNote-app.

Notitie maken

De grootste troef van Sticky Notes is nog steeds de eenvoud. Deze vernieuwde versie heeft twee tabbladen. Het eerste, +Notities, toont al je plaknotities en laat je nieuwe memo's maken. Het tweede, Schermopname, gebruik je om een schermafdruk te maken van een actief venster. Is er geen venster geopend, dan is deze knop lichtgrijs en is de functie niet beschikbaar.

Klik op de knop +Notities en je ziet je eerste memo. Je typt vervolgens je boodschap in, bijvoorbeeld een to-do-lijstje, een spontane gedachte of iets wat je niet wilt vergeten. Onderaan zie je een werkbalk met opmaakopties: vet, cursief, onderstrepen, doorhalen en een lijstfunctie. Met de laatste knop voeg je een schermafbeelding vanaf je pc toe.

Bovenaan vind je een menu met drie puntjes. Daarmee doe je vier dingen: de kleur van de notitie aanpassen, de notitie kopiëren, de notitie verwijderen als je die niet meer nodig hebt en de instellingen openen. Je kunt de kleuren gebruiken om categorieën aan te geven, bijvoorbeeld geel voor werk, blauw voor privé, groen voor boodschappen.

Lijst met notities

Via de knop Lijst met notities open je het overzicht waarin alle bewaarde en nog niet verwijderde notities staan. Als je een notitie op het bureaublad hebt geplaatst, dan zie je de knop Lijst met notities openen bovenaan links. Het is het pictogram van twee streepjes. Vaak kom je in die lijst verrassende herinneringen tegen, want hier staan niet alleen de notities die je met Sticky Notes hebt gemaakt, maar ook de notities afkomstig van het oude Plaknotities.

Ga met de cursor over een notitie in de lijst. Daarmee verschijnt de knop Notitie in een nieuw venster openen. Heb je er veel verzameld, dan biedt het zoekvak uitkomst: met een trefwoord vind je snel de speld in de hooiberg. De meest recente notities staan bovenaan. In dit scherm vind je ook het tandwieltje voor de instellingen. Daar zie je bijvoorbeeld dat je bent aangemeld met je Microsoft-account. Zo worden je notities automatisch in de cloud opgeslagen.

Schermafbeeldingen

Met de speciale knop voor schermafbeeldingen maak je met één klik een screenshot van het actieve venster. Zodra je een schermafbeelding hebt vastgelegd, kun je rechtsboven op de knop Notitie in nieuw venster weergeven klikken. Je kunt ook dubbelklikken op een notitie. De afbeelding verschijnt dan groter, in een apart venster naast je notities.

Klik je met de rechtermuisknop op de afbeelding, dan krijg je vier opties: Afbeelding openen, Afbeelding kopiëren, Tekst uit afbeelding kopiëren en Afbeelding verwijderen. Kies je voor Afbeelding openen, dan wordt deze geladen in het Windows Knipprogramma, waar je markeringen kunt toevoegen of de afbeelding bijsnijdt. Gebruik je Tekst uit afbeelding kopiëren, dan kun je de herkende tekst – zonder opmaak – plakken in een tekstverwerker zoals Kladblok of Word.

Sticky Notes gebruikt de ingebouwde OCR (optical character recognition) om tekst in een afbeelding te herkennen. Dit is ideaal voor snelle samenvattingen of het overnemen van informatie zonder over te typen.

Bronverwijzing

Sticky Notes onthoudt de bron van de informatie die je toevoegt. Maak je bijvoorbeeld een notitie terwijl je een webpagina open hebt staan, dan wordt die pagina automatisch als bron geregistreerd. De link naar de website verschijnt ook in de notitie.

Open je later opnieuw de oorspronkelijke bron, dan verschijnen de bijbehorende notities automatisch bovenaan in het Sticky Notes-venster. Zo vind je snel de juiste informatie terug. Kijk je bijvoorbeeld een YouTube-video en maak je tegelijk aantekeningen in Sticky Notes, dan worden die notities later automatisch weergegeven zodra je datzelfde filmpje opnieuw opent.

Vastprikken

De notities van Sticky Notes hebben bovenaan een pictogram van een punaise. Wanneer je daarop klikt, wordt de betreffende notitie vastgezet. Dat betekent dat de notitie op de voorgrond blijft, ook wanneer je met andere programma's werkt of verschillende schermen opent. Hij blijft op het bureaublad staan, zodat je de memo niet per ongeluk weg klikt of uit het oog verliest. Ideaal dus voor herinneringen, afspraken of to-do's die je absoluut niet mag vergeten.

Vastzetten op bureaublad

Een andere nieuwe functie van Sticky Notes bereik je als je op de drie puntjes bovenaan klikt en de opdracht Docken naar het bureaublad kiest. Dit zorgt ervoor dat je notities op een vaste plek op het bureaublad blijven staan. Ze staan boven andere vensters en blijven zichtbaar als een soort 'sticky' element. Dit is vooral handig als je notities of to-do's zichtbaar wilt houden terwijl je in andere programma's werkt. Via dezelfde weg kun je de app losmaken van de kant, maar dan luidt de opdracht: Loskoppelen van bureaublad.