พลังของโฟโตนิกส์: จากการทำฟาร์มแนวตั้งไปจนถึงการคำนวณควอนตัม

อุตสาหกรรมใดที่จ้างคนในสหราชอาณาจักรเป็นสองเท่าของเภสัชกรรมและมากกว่าภาคอวกาศหรือ "fintech" คำตอบคือโฟโตนิกส์ กลุ่มผู้นำโฟโตนิกส์ (PLG) – สมาคมการค้าที่มีสมาชิกมากกว่า 120 คนในสาขานี้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บริษัทได้ทำการติดตามและเปรียบเทียบการใช้งานเทคโนโลยีออพติคัลหรือโฟโตนิกมากมาย นั่นไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากธุรกิจส่วนใหญ่มาจากวิสาหกิจขนาดกลางและขนาดย่อมหลายร้อยแห่ง 

อ้างอิงจาก PLG สหราชอาณาจักร Photonics 2035 จากรายงาน มีพนักงานประมาณ 76 คนทำงานในอุตสาหกรรมโฟโตนิกส์ในบริษัท 000 แห่งทั่วทุกภูมิภาคของสหราชอาณาจักร สร้างรายได้ 1200 พันล้านปอนด์ต่อปี ด้วยมูลค่ารวมที่เพิ่มขึ้นในระบบเศรษฐกิจที่ 14.5 ปอนด์ต่อพนักงาน 85 คน โฟโตนิกส์จึงเป็นภาคการผลิตที่มีประสิทธิผลมากเป็นอันดับ 000 ของสหราชอาณาจักร รายงานระบุ มหาวิทยาลัยในอังกฤษอ้างว่าเป็นผู้นำระดับโลกในสาขานี้ โดย 20% ของสิ่งพิมพ์ทั่วโลกเกี่ยวกับโทนิคส์มีต้นกำเนิดในสหราชอาณาจักร

ยิ่งไปกว่านั้น PLG ยังถือว่าโฟโตนิกส์อาจกลายเป็นอุตสาหกรรมมูลค่า 50 หมื่นล้านปอนด์สำหรับสหราชอาณาจักร และสร้างงานโดยตรงเพิ่มอีก 100 ตำแหน่งภายในปี 000 “ยังมีอะไรอีกมากมายที่จะเกิดขึ้นหากรัฐบาลสหราชอาณาจักรลงทุนในเทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญด้านโฟโตนิกส์ในตลาดแนวดิ่งที่สำคัญ เช่นพลังงาน การดูแลสุขภาพ และการขนส่งที่สะอาดควบคู่ไปกับนักลงทุนภาคเอกชน” จอห์น ลินคอล์น ประธานเจ้าหน้าที่บริหารของ PLG กล่าว กลุ่มคาดการณ์ว่าประมาณ 2035% ของเศรษฐกิจในสหราชอาณาจักรจะขึ้นอยู่กับโฟโตนิกส์โดยตรงในอนาคต

PLG ทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมในการสร้างความตระหนักรู้เกี่ยวกับโฟโตนิกส์และเป็นตัวแทนของสมาชิก ซึ่งหลายคนไม่ยิ่งใหญ่พอที่จะมีอิทธิพลต่อรัฐบาลและนักลงทุนในแบบที่บริษัทเภสัชกรรมและการป้องกันประเทศขนาดใหญ่สามารถทำได้ แต่โฟโตนิกส์มีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยควบคุมแสงสำหรับทุกอย่างตั้งแต่การวินิจฉัยโรคและการผ่าตัดด้วยเลเซอร์ ไปจนถึงการสื่อสารโทรคมนาคมและการผลิตขั้นสูง โฟโตนิกส์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำให้ผลิตภัณฑ์และบริการมอบคุณค่าแก่ผู้บริโภคและภาคอุตสาหกรรม

จากการวิเคราะห์เพื่อบรรลุเป้าหมายของ เครือข่าย Photonics21 ของสหภาพยุโรปตลาดโลกสำหรับโฟโตนิกส์มีมูลค่า 650 แสนล้านยูโรในปี 2020 แต่โฟโตนิกส์เมื่อนำมารวมกันเป็นผลิตภัณฑ์ที่น่าทึ่งก็เป็นสิ่งที่น่าทึ่ง ลองนึกถึง CCD และเลนส์ในสมาร์ทโฟนหรือวิธีที่เซ็นเซอร์ออปติคอล เทคโนโลยีกล้อง และ LIDAR ช่วยให้ยานพาหนะขับเคลื่อนอัตโนมัติ รายงานจาก SPIE ในปี 2020 ประเมินประเภทของตลาดที่โฟโตนิกส์เปิดใช้งานนั้นมีมูลค่าถึง 2 ล้านล้านดอลลาร์ทั่วโลกอย่างแท้จริง

พลังแห่งแสง

ดังนั้นโฟโตนิกส์ให้คุณค่าแบบใดและ บริษัท โฟโตนิกส์ทำอะไรบ้าง? แอปพลิเคชั่นที่ชัดเจนที่สุดคือการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง ซึ่งลดขนาดโลกลงในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา โดยไม่มีวี่แววว่าความคืบหน้าจะช้าลง อัตราข้อมูลระดับ Petabit สำเร็จเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในขณะที่ในปี 2017 Corning ได้จัดส่งไฟเบอร์ไปแล้วกว่าพันล้านกิโลเมตร ภายในปี พ.ศ. 2035 เลเซอร์ภายในดาวเทียมจะช่วยให้กลุ่มดาวบริวารที่มีวงโคจรต่ำสามารถส่งอินเทอร์เน็ตความเร็วสูงทั่วโลกไปยังตำแหน่งที่ห่างไกลได้

ในการผลิต โฟโตนิกส์ช่วยให้สามารถตัดแบบดิจิทัล ต่อเชื่อม ทำเครื่องหมาย พื้นผิว และการพิมพ์ 3 มิติของวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโลหะ ต้องขอบคุณการมองเห็นด้วยเครื่อง ในขณะเดียวกัน โฟโตนิกส์มีส่วนช่วยในระบบอัตโนมัติและหุ่นยนต์ เช่น การตัดด้วยเลเซอร์และการเชื่อม แท้จริงแล้ว กระบวนการทางอุตสาหกรรมของวัสดุคิดเป็นสัดส่วนประมาณหนึ่งในสามของตลาดเลเซอร์ทั่วโลกประมาณ 11 หมื่นล้านปอนด์

จากนั้นมี "การทำฟาร์มแนวตั้ง" ซึ่งปลูกพืชเป็นชั้นซ้อนกันภายใต้สภาวะควบคุม ไดโอดเปล่งแสงที่ปรับให้เหมาะสมทางสเปกตรัมสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเจริญเติบโตของพืชและ  ลดการระเหยจากพืช หมายความว่าพืชต้องการน้ำน้อยกว่าการปลูกกลางแจ้งมาก การทำฟาร์มจริงกำจัดยาฆ่าแมลงด้วย

โฟโตนิกส์มีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยควบคุมแสงสำหรับทุกอย่างตั้งแต่การวินิจฉัยโรคและการผ่าตัดด้วยเลเซอร์ ไปจนถึงการสื่อสารโทรคมนาคมและการผลิตขั้นสูง

แน่นอนว่าวิทยาศาสตร์พื้นฐานขึ้นอยู่กับโทนิคส์ ไม่ว่าจะเป็นเครื่องเร่งอนุภาค กล้องโทรทรรศน์ หรือเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง แน่นอนกว่าครึ่งหนึ่งของรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ทั้งหมดได้รับรางวัล ใน 25 ปีที่ผ่านมา มีความเกี่ยวข้องกับการค้นพบในโทนิคส์หรือใช้โทนิคเป็นเครื่องมือ

และอย่าลืมโลกทั้งใบของควอนตัมคอมพิวติ้ง การสื่อสาร และการเข้ารหัส ซึ่งขึ้นอยู่กับโทนิคโดยตรงหรือต้องการโทนิคในการทำงาน เป็นอุตสาหกรรมที่เริ่มต้นขึ้นอย่างแท้จริง บริษัทในลอนดอน ปลาวาฬเพชรฆาตซึ่ง ได้รับรางวัลการเริ่มต้นธุรกิจ จากสถาบันฟิสิกส์ในปี 2020 เพิ่งขายคอมพิวเตอร์ควอนตัมเครื่องแรกให้กับกระทรวงกลาโหมแห่งสหราชอาณาจักร

ผลประโยชน์ในโลกแห่งความเป็นจริง

โฟโตนิกส์ยังช่วยให้โลกเข้าถึงค่าสุทธิเป็นศูนย์ได้ด้วยเซลล์แสงอาทิตย์โซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูง ในขณะที่ LIDAR ขั้นสูงที่ผสานกับการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ สามารถเพิ่มผลผลิตของฟาร์มกังหันลมได้ การประมาณการโดย PLG แนะนำว่าโฟโตนิกส์จะเพิ่มประสิทธิภาพของกังหันลมใหม่และกังหันลมที่มีอยู่ 1.5–2% ด้วยค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมเล็กน้อย สิ่งนี้จะเพิ่มกำลังการผลิต 15 GW ทั่วโลกภายในปี 2035 ซึ่งประหยัดได้มากกว่า 100 พันล้านปอนด์ (ประมาณเทียบเท่ากับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Hinkley Point C ห้าแห่ง)

แสงมีความสำคัญในทางการแพทย์เช่นกัน มีการผ่าตัดแก้ไขสายตาด้วยเลเซอร์ ในขณะที่ช่างประกอบแว่นตามท้องถนนในทุกวันนี้ก็ใช้เครื่องมือโฟโตนิกส์มากมาย ในระหว่างการทดสอบสายตาเมื่อเร็วๆ นี้ที่ Specsavers สาขาท้องถิ่นของฉัน ฉันได้คุยกับช่างแว่นตาของฉัน ซึ่งดูเหมือนจะไม่ค่อยรู้เรื่องฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังระบบ Optical Coherence Tomography (OCT) ที่เขาใช้มากนัก แต่ก็ต้องตะลึงกับภาพที่ได้ เขาสามารถมองเห็น ด้วยการถ่ายภาพด้านหลังของดวงตาที่ระดับความลึกต่างๆ ผู้เชี่ยวชาญด้านแว่นตาสามารถใช้ OCT เพื่อระบุปัญหาสุขภาพและการมองเห็นได้อย่างปลอดภัย ซึ่งมักเกิดขึ้นก่อนที่จะร้ายแรง

ใยแก้วนำแสง เครื่องขยายสัญญาณออปติคอล และการประทับเวลาที่ตรวจสอบย้อนกลับได้ของนาฬิกาอะตอมล้วนเป็นสิ่งประดิษฐ์ของสหราชอาณาจักร การสื่อสารควอนตัมที่ปลอดภัยกำลังได้รับการบุกเบิกในสหราชอาณาจักร อันที่จริง ฉันคิดว่าสหราชอาณาจักรอยู่ในตำแหน่งที่ไม่เหมือนใครที่จะเป็นแกนหลักของการปฏิวัติด้านโทรคมนาคมที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ครั้งต่อไปในเครือข่าย 5G และ 6G และอีกมากมาย จากข้อมูลของ PLG ภายในปี 2035 สหราชอาณาจักรจะเป็นผู้ให้บริการโครงสร้างพื้นฐานด้านการสื่อสารที่สำคัญระดับโลกอีกครั้ง

ทั้งหมดที่ฉันพูดได้ก็คือถ้าคุณยังไม่ทราบเกี่ยวกับโฟโตนิกส์มาก่อน ฉันหวังว่าคุณจะรู้ตอนนี้