يحرّك قائد الأوركسترا عصاه، فتنتج الفرقة ليس مجرد صوت، بل نوتة معقدة: كل نغمة تصدر في لحظتها، وعلى ارتفاعها الصوتي، وبالقوة المطلوبة. يمكن للضوء أيضًا أن يكون نوتة موسيقية، إذا تحكمنا في طيفه وزمانه. سابقًا، تطلّب ذلك منشآت ضخمة لا يمكن إعادة ضبطها بعد التجميع. الآن، ابتكر الباحثون رقاقة فوتونية قابلة للبرمجة تقود نبضات الضوء، بينما تقترح شبكة عصبية كيفية تحقيق النمط المطلوب.

في قلب النظام يوجد ليزر فيمتوثانية، تدخل نبضاته إلى رقاقة مكونة من ثماني مراحل متتالية من مقاييس التداخل. تقسم كل مرحلة النبضة إلى نسختين مع تأخير قابل للضبط من 1 إلى 128 بيكوثانية. تحدد مُزاحات الطور الحرارية الضوئية معاملات التقسيم، مشكّلة تسلسلًا يصل إلى 256 نبضة بخطوة 1 بيكوثانية. بعد التضخيم والضغط، يُطلق هذا التسلسل في ألياف عالية اللاخطية، حيث يولد سوبركونتينيوم، وهو طيف ضوئي واسع جدًا ينبثق من نبضة ليزر واحدة.

للتحكم في النتيجة، يُستخدم البوابة الضوئية غير المتزامنة: ليزر ثانٍ بتردد تكرار مختلف قليلًا يمسح الإشارة الخارجة، بينما تعطي بلورة BBO مخططًا طيفيًا، وهو خريطة توزيع الطاقة عبر الزمن والأطوال الموجية. يتم التحسين باستخدام خوارزمية جينية وسرب جسيمات، وتتنبأ الشبكة العصبية بالمخططات الطيفية بناءً على إعدادات الرقاقة، مما يسرّع البحث.

أظهرت التجربة أن النظام يشكل خمسة أنماط معقدة في نطاق 400 نانومتر بدقة زمنية تبلغ 922 فيمتوثانية. من بينها نبضتان عند 1700 نانومتر مع تأخير 150 بيكوثانية، وأربع نبضات بخطوة 60 بيكوثانية، وتداخل متزامن لأربعة أطوال موجية من 1640 إلى 1730 نانومتر، وتأخيرات مشفرة طيفيًا بمقدار ±40 بيكوثانية. الشبكة العصبية، التي دُرّبت على 5000 مخطط طيفي تجريبي، تنبأت بمخططات جديدة بمعدل خطأ 12.2% وقلّصت زمن التحسين من 3 ساعات إلى دقائق، أي بمقدار 15 مرة.

سابقًا، كانت مصادر الضوء عريض النطاق ذات ملف تعريف ثابت ولا يمكن إعادة ضبطها بمرونة. الآن، يحدد المستخدم فقط الإحداثيات المستهدفة في المخطط الطيفي، ويجد النظام نفسه إعدادات الرقاقة. وهذا يحول السوبركونتينيوم من مصدر ثابت إلى أداة قابلة للضبط، قابلة للتطبيق اليوم في المجهرية متعددة الفوتونات، والتحليل الطيفي، ومعالجة المواد. رقاقة قائد الأوركسترا تعزف أي نوتة ضوئية عند الطلب.