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

Twijfel je tussen actieve en passieve luidsprekers? Het verschil zit in de versterker. In dit artikel leggen we uit wat de voor- en nadelen zijn, zodat je precies weet welk systeem het beste klinkt in jouw woonkamer. Geen gedoe, gewoon helder advies.

Als je op zoek bent naar beter geluid, vliegen de termen je om de oren. Het onderscheid tussen actief en passief is misschien wel de belangrijkste technische keuze die je moet maken, maar wordt vaak onnodig ingewikkeld gemaakt. Veel mensen denken dat het puur om geluidskwaliteit gaat, terwijl het vooral draait om gebruiksgemak en apparatuur. Na het lezen van dit stuk weet je precies of je voor alles-in-één gemak moet gaan of voor de vrijheid van losse componenten.

De kern: waar zit de krachtbron?

Het technische verschil is eigenlijk heel simpel: het draait allemaal om de locatie van de versterker. Een luidspreker kan namelijk geen geluid maken zonder stroom en aansturing.

Bij een actieve speaker is de versterker ingebouwd in de behuizing van de luidspreker zelf. Je herkent dat direct aan de achterkant: er zit een stroomkabel aan die het stopcontact in moet, en vaak knoppen voor volume of toonregeling. Je sluit je telefoon, pc of platenspeler direct aan op de speaker.

Bij een passieve speaker zit er géén elektronica in de kast die het geluid versterkt. De speaker heeft geen stekker voor het stopcontact, maar alleen aansluitingen voor luidsprekerdraad. Je hebt altijd een losse versterker of receiver nodig die het signaal krachtig genoeg maakt voordat het naar de speaker gaat. Een veelvoorkomend misverstand is dat 'passief' betekent dat ze slechter of zwakker zijn. Integendeel, de allerduurste hifi-systemen zijn bijna altijd passief.

©jipen

Wanneer is actief de slimste keuze?

Kies voor actief als je houdt van een opgeruimd huis en gebruiksgemak (dit soort speakers zijn meestal plug & play). Omdat de fabrikant de ingebouwde versterker helemaal heeft afgestemd op de luidspreker, ben je verzekerd van een goede match zonder dat je technisch inzicht nodig hebt. Dit is bij uitstek geschikt voor minimalisten die geen losse apparaten of een wirwar aan kabels in de woonkamer willen. Een soundbar is hier het bekendste voorbeeld van; dat is bijna altijd een actieve speaker. Ook voor een werkplek of gaming-setup op een bureau is dit de standaard, omdat je ze direct in je pc plugt zonder tussenkomst van een extra apparaat. Daarnaast zie je deze techniek terug in slimme multiroom-systemen met wifi of bluetooth (zoals die van Sonos), waarmee je direct vanaf je telefoon muziek streamt.

De beperking van alles-in-één

Het grote nadeel van actieve speakers is dat je vastzit aan het totaalpakket. Gaat de versterker in de speaker kapot? Dan doet je hele luidspreker het niet meer, ook al zijn de speaker-units zelf nog prima.

Daarnaast ben je minder flexibel in de toekomst. Bij passieve systemen kun je over vijf jaar besluiten om alleen een nieuwe versterker met de nieuwste streamingfuncties te kopen, terwijl je je geliefde speakers behoudt. Bij een actief systeem moet je bij veroudering van de software of aansluitingen vaak meteen de hele set vervangen. Daarnaast is het uitbreiden van een stereoset naar een volledige thuisbioscoop met actieve speakers vaak lastiger of beperkt tot één specifiek merk.

©Aboltin

Wanneer moet je absoluut niet voor actief kiezen?

Er zijn specifieke situaties waarin je een actief systeem beter links kunt laten liggen. Als je bijvoorbeeld al een prima werkende versterker of receiver hebt staan, is het zonde van je geld om actieve speakers te kopen. Je betaalt dan immers dubbel voor versterking die je niet gebruikt.

Ook als je speakers wilt wegwerken in het plafond of de muur is passief de enige logische route. Je wilt namelijk geen stroompunten bij elke inbouwspeaker aanleggen, en je kunt sowieso niet makkelijk bij de elektronica als er eenmaal iets stuk gaat.

Tot slot kun je in grote ruimtes, zoals een hal of showroom, beter met passief draad werken. Luidsprekerkabels zijn over lange afstanden veel makkelijker te trekken en te verlengen dan de combinatie van stroom- en signaalkabels bij actieve speakers.

Check je kabels en je kastruimte

Om de knoop door te hakken, kijk je eerst goed naar je eigen situatie. Heb je in je tv-meubel ruimte voor een los apparaat van ongeveer 44 cm breed (de standaardmaat voor receivers)? En vind je het leuk om zelf je set samen te stellen? Dan is passief jouw route naar topgeluid op maat.

Heb je daarentegen geen zin in gedoe, wil je met één afstandsbediening klaar zijn en heb je een hekel aan zichtbare apparatuur? Dan is een actief systeem of een actieve set boekenplank-speakers de moderne oplossing die je zoekt.

Kortom: eenvoud versus controle

Het verschil tussen actief en passief is een keuze tussen gemak en flexibiliteit. Actieve speakers bieden een alles-in-één oplossing: stekker erin en spelen, ideaal voor wie weinig ruimte of geduld heeft. Passieve speakers vereisen een losse versterker, maar geven je de vrijheid om je systeem oneindig aan te passen, te repareren en te upgraden. Kijk dus niet alleen naar het geluid, maar vooral naar hoeveel apparaten je in huis wilt halen.

Samsung heeft drie korte video's gedeeld waarmee het hint naar de komst van de Samsung Galaxy S26-smartphones.

Het is al een tijdje bekend dat het bedrijf later deze maand de nieuwe smartphonelijn uit de doeken gaat doen, die waarschijnlijk onder de noemer 'S26' gaat vallen. Nu zijn er drie teaservideo's gedeeld om mensen alvast lekker te maken.

De teaservideo's

De video's heten Closer, Groove en Glow, en richten zich zo lijkt het op verbeteringen die de Galaxy S26-smartphones gaan brengen. In 'Closer' is te zien hoe de camera van een flinke afstand inzoomt op een hond, zonder dat er veel kwaliteit verloren gaat.

In de 'Groove'-video is een dj-set te zien waarbij de camera duidelijk de dj in beeld brengt, inclusief alle bewegingen en lichtveranderingen. In de laatste video, 'Glow', wordt benadrukt hoe de camera's van de S26 zelfs donkere scènes helder kunnen filmen.

De video's lijken dus vooral te hinten naar de verbeteringen in de camera's van de S26-lijn, al moet nog maar blijken of de filmpjes een realistische representatie zijn van wat er straks allemaal mogelijk is.

In alle drie de video's wordt overigens ook melding gemaakt van AI. Zoals eerdere geruchten al aangaven, gaat AI waarschijnlijk een prominente rol spelen bij de nieuwe smartphones van Samsung.

Wanneer wordt de Samsung S26 onthuld?

Het is zo goed als zeker dat de nieuwe Samsung S26-smartphones op 25 februari worden onthuld. Uit een gelekte uitnodiging voor het aankomende Galaxy Unpacked-evenement blijkt namelijk dat die show op 25 februari wordt gehouden, en dat lijkt de ideale plek om de nieuwe smartphones van het bedrijf te onthullen.

Over de Samsung Galaxy S26-toestellen

Samsung brengt dit jaar naar verwachting de Galaxy S26, S26+ en S26 Ultra. Eind vorig jaar lekten er al foto's van dummyversies van de smartphones op social media, waaruit blijkt dat deze modellen waarschijnlijk een ovaalvormig camera-eiland krijgen, vergelijkbaar met de Galaxy Z Fold-smartphones.

Qua kleuren zouden de nieuwe Galaxy-modellen in Black Shadow, White Shadow, Galactic Blue en Ultraviolet beschikbaar komen. Een grote focus zou ook liggen op de toevoeging van een privacyscherm - een optie zodat het moeilijker wordt voor omstanders om je het scherm van je smartphone te kijken.