Apparaten waarmee microgolfsignalen kunnen worden gerouteerd, zijn essentiële technische hulpmiddelen. Vooral, isolatoren, die signalen in de ene richting laten stromen, maar ze in de andere blokkeren, zijn nodig om gevoelige apparatuur tegen schade te beschermen. Nutsvoorzieningen, wetenschappers van EPFL en de Universiteit van Cambridge hebben een nieuw principe aangetoond voor het ontwikkelen van dergelijke gereedschappen door gebruik te maken van de beweging van microscopisch kleine trommels. De studie is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Het werk werd uitgevoerd door het lab van Tobias Kippenberg bij EPFL, met theoretische ondersteuning van de groep van Andreas Nunnenkamp van de Universiteit van Cambridge. Alle monsters zijn vervaardigd in het Center of MicroNanoTechnology (CMi) bij EPFL. Het gedemonstreerde apparaat bestaat uit twee resonante supergeleidende microgolfcircuits die zijn verbonden via een gedeelde condensator. Het bovenste metalen membraan van deze condensator zweeft vrij en ondersteunt mechanische trillingen, gedraagt ​​zich als een microdrum, slechts 30 micron in diameter.

De trillingen wijzigen de resonantiefrequenties van de microgolfcircuits en moduleren de signalen. Omgekeerd, het elektrische veld van signalen oefent een kracht uit die de beweging van de trommel verandert. Deze bidirectionele interactie maakt de conversie van signalen van het ene microgolfcircuit naar het andere mogelijk; het binnenkomende signaal wordt eerst omgezet in een trillende beweging, en dan wordt de beweging zelf omgezet in een tweede signaal dat uit het andere circuit komt.

In het experiment, er worden twee verschillende manieren van oscillatie van de microtrommelbeweging gebruikt. Deze vertegenwoordigen twee paden voor de microgolfsignalen die van het ene circuit naar het andere moeten worden omgezet, resulterend in interferentie, die, verrassend genoeg, is niet symmetrisch in beide richtingen van signaalconversie.

Het systeem kan zo worden afgesteld dat positieve interferentie in één richting optreedt, terwijl destructieve interferentie optreedt in de andere. Dit realiseert een microgolfisolator die signalen alleen in een gekozen richting laat voortplanten, en de parameters kunnen on-the-fly worden gewijzigd, waardoor dynamisch herconfigureerbaar gebruik van de isolator, onmiddellijk van richting veranderen.

Hoewel commerciële microgolfisolatoren gebruikelijk zijn, ze zijn meestal afhankelijk van magnetische ferrietmaterialen en sterke magnetische velden. Dit maakt ze onpraktisch om te gebruiken met supergeleidende qubits, die de belangrijkste kandidaten worden om te gebruiken als bouwstenen voor een kwantumcomputer. Maar de levensduur van de fragiele kwantumtoestanden van de qubits wordt gemakkelijk verstoord door magnetische velden, wat betekent dat de ferrietisolatoren sterk moeten worden afgeschermd om lekkage van magnetische velden te voorkomen, waardoor het gebruik ervan kan worden beperkt. Om deze reden, er is recentelijk aanzienlijke onderzoeksactiviteit geweest om alternatieve technologieën te ontwikkelen. De optomechanische isolator die bij EPFL is gemaakt, voegt zich bij andere prototypes, zoals die met Josephson-knooppunten, die in de toekomst een nieuw platform kunnen vormen om dergelijke apparaten te bouwen.