Visokotehnološka čarolija integrirane fotonike

Inspirirana pričama o Harryju Potteru i Disneyjevom serijom "Čarobnjaci iz Waverly Placea", sedmogodišnja Sabrina Corsetti jednog je poslijepodneva roditeljima odlučno izjavila da je zapravo čarobnica.

„Tata se okrenuo prema meni i rekao da, ako stvarno želim biti čarobnjak, onda bih trebala postati fizičarka. Fizičari su pravi čarobnjaci svijeta“, prisjeća se.

Taj razgovor pratio je Corsetti tijekom cijelog djetinjstva, sve do odluke da na fakultetu studira fiziku i matematiku, što ju je postavilo na put do MIT-a, gdje je sada diplomirana studentica na Odjelu za elektrotehniku ​​i računarstvo.

Corsettino istraživanje usredotočeno je na područje koje često daje zapanjujuće rezultate: integriranu fotoniku. Relativno mlado područje, integrirana fotonika, uključuje izgradnju računalnih čipova koji usmjeravaju svjetlost umjesto električne energije, omogućujući kompaktna i skalabilna rješenja za primjene u rasponu od komunikacije do senzora.

Corsetti i njezini suradnici u Istraživačkoj skupini za fotoniku i elektroniku, koju vodi profesorica Jelena Notaros, razvijaju uređaje veličine čipa koji omogućuju inovativne primjene koje pomiču granice mogućeg u optici.

Na primjer, Corsetti i tim razvili su  3D printer na bazi čipa , dovoljno malen da stane u dlan, koji emitira rekonfigurabilnu svjetlosnu zraku u smolu kako bi stvorio čvrste oblike. Takav uređaj bi jednog dana mogao omogućiti korisniku brzu izradu prilagođenih, jeftinih predmeta u pokretu.

Također je doprinijela stvaranju  minijaturne "vučne zrake" koja koristi snop svjetlosti za hvatanje i manipuliranje biološkim česticama pomoću čipa. To bi moglo pomoći biolozima u proučavanju DNK ili istraživanju mehanizama bolesti bez kontaminacije uzoraka tkiva. 

U novije vrijeme, Corsetti radi na projektu u suradnji s MIT Lincoln Laboratoryjem, usmjerenom na kvantno računanje zarobljenih iona, koje uključuje manipulaciju ionima za pohranu i obradu kvantnih informacija.

„Naš tim snažno se fokusira na dizajniranje uređaja i sustava koji komuniciraju s okolinom. Prilika za pridruživanje novoj istraživačkoj skupini, koju vodi podržavajući i angažirani savjetnik, a koja radi na projektima s mnogo utjecaja na stvarni svijet, prvenstveno me privukla na MIT“, kaže Corsetti.

Sastajala se s profesorima, dolazila na konzultacije i pokušavala nadoknaditi propuštene predmete, ali bila je toliko obeshrabrena da je razmišljala o promjeni smjera. Prije nego što je promijenila smjer, Corsetti je odlučila pokušati raditi u fizikalnom laboratoriju kako bi vidjela sviđa li joj se dan u životu istraživača.

Nakon što se pridružila laboratoriju profesora Wolfganga Lorenzona u Michiganu, Corsetti je satima radila s poslijediplomskim studentima i postdoktorandima na praktičnom projektu izgradnje ćelija koje bi držale tekući vodik za eksperiment fizike čestica.

Dok su satima surađivali motajući materijal u cijevi, obasipala je starije učenike pitanjima o njihovim iskustvima na terenu.

„Boravak u laboratoriju me natjerao da se zaljubim u fiziku. Stvarno sam uživala u tom okruženju, radu rukama i radu s ljudima kao dio većeg tima“, kaže ona.

Njezina sklonost praktičnom laboratorijskom radu pojačala se nekoliko godina kasnije kada je upoznala profesora Toma Schwarza, svog istraživačkog savjetnika do kraja svog boravka u Michiganu.

Nakon slučajnog razgovora sa Schwarzom, prijavila se na program istraživanja u inozemstvu u CERN-u u Švicarskoj, gdje ju je mentorirala Siyuan Sun. Tamo je imala priliku pridružiti se tisućama fizičara i inženjera na projektu ATLAS, pišući kod i optimizirajući sklopove za nove tehnologije detektora čestica.

„To je bilo jedno od najtransformativnijih iskustava u mom životu. Nakon što sam se vratila u Michigan, bila sam spremna posvetiti svoju karijeru istraživanju“, kaže ona.

Corsetti se počela prijavljivati ​​na poslijediplomske studije, ali je odlučila preusmjeriti fokus s teorijske fizike čestica na elektrotehniku, s interesom za provođenje praktičnih istraživanja u području dizajna i testiranja čipova.

Prijavila se na MIT s fokusom na standardni dizajn elektroničkih čipova, pa je bila iznenađena kada ju je Notaros kontaktirao kako bi dogovorio Zoom poziv. U to vrijeme Corsetti nije bila upoznata s integriranom fotonikom. Međutim, nakon jednog razgovora s novim profesorom, bila je oduševljena.

Uz blisko mentorstvo studentice završne godine, Milice Notaros, ona i njezina kolegica su se uronili u integriranu fotoniku.

Tijekom godina, posebno je uživala u suradničkoj i bliskoj prirodi laboratorija te u načinu na koji rad uključuje toliko različitih aspekata eksperimentalnog procesa, od dizajna preko simulacije do analize i testiranja hardvera.

„Uzbudljiv izazov s kojim se stalno suočavamo su novi zahtjevi za izradu čipova. Postoji mnogo pregovaranja između novih područja primjene koja zahtijevaju nove tehnologije izrade, nakon čega slijede poboljšane tehnologije izrade koje potiču dodatna područja primjene. Taj ciklus stalno gura područje naprijed“, kaže ona.

Corsetti planira ostati na čelu područja nakon diplome kao istraživačica integrirane fotonike u industriji ili u nacionalnom laboratoriju. Željela bi se usredotočiti na kvantno računarstvo zarobljenih iona, koje znanstvenici brzo proširuju prema komercijalno održivim sustavima ili drugim visokoučinkovitim računalnim primjenama.

„Za svako moderno istraživačko područje zaista vam je potrebno ubrzano računalstvo. Bilo bi uzbudljivo i korisno doprinijeti visokoučinkovitom računalstvu koje može omogućiti mnoga druga zanimljiva istraživačka područja“, kaže ona.