I dispositivi che consentono di instradare i segnali a microonde sono strumenti ingegneristici essenziali. In particolare, isolatori, che lasciano fluire i segnali in una direzione ma li bloccano nell'altra, sono necessari per proteggere le apparecchiature sensibili da eventuali danni. Ora, gli scienziati dell'EPFL e dell'Università di Cambridge hanno dimostrato un nuovo principio per lo sviluppo di tali strumenti sfruttando il movimento di tamburi microscopici. Lo studio è pubblicato su Comunicazioni sulla natura .

Il lavoro è stato svolto dal laboratorio di Tobias Kippenberg all'EPFL, con il supporto teorico del gruppo di Andreas Nunnenkamp dell'Università di Cambridge. Tutti i campioni sono stati fabbricati nel Center of MicroNanoTechnology (CMi) dell'EPFL. Il dispositivo dimostrato consiste in due circuiti a microonde superconduttori risonanti collegati tramite un condensatore condiviso. La membrana metallica superiore di questo condensatore galleggia liberamente e supporta le oscillazioni meccaniche, agendo come un micro-tamburo, solo 30 micron di diametro.

Le vibrazioni modificano le frequenze di risonanza dei circuiti a microonde e modulano i segnali. Al contrario, il campo elettrico dei segnali esercita una forza che modifica il moto del tamburo. Questa interazione bidirezionale consente la conversione dei segnali da un circuito a microonde all'altro; il segnale in ingresso viene prima convertito in un movimento vibrante, e quindi il moto stesso viene convertito in un secondo segnale emergente dall'altro circuito.

Nell'esperimento, vengono utilizzate due diverse modalità di oscillazione del movimento del microtamburo. Questi rappresentano due percorsi per la conversione dei segnali a microonde da un circuito all'altro, con conseguente interferenza, quale, sorprendentemente, non è simmetrico in nessuna delle direzioni di conversione del segnale.

Il sistema può essere regolato in modo tale che si verifichi un'interferenza positiva in una direzione, mentre nell'altro si verifica un'interferenza distruttiva. Questo realizza un isolatore a microonde che consente ai segnali di propagarsi solo in una direzione prescelta, e i parametri possono essere modificati al volo, consentendo l'uso dinamicamente riconfigurabile dell'isolatore, cambiando istantaneamente la sua direzione.

Mentre gli isolatori a microonde commerciali sono comuni, in genere si basano su materiali in ferrite magnetica e forti campi magnetici. Questo li rende poco pratici da usare con i qubit superconduttori, che stanno diventando i principali candidati da utilizzare come elementi costitutivi per un computer quantistico. Ma la vita dei fragili stati quantistici dei qubit è facilmente disturbata dai campi magnetici, il che significa che gli isolatori in ferrite devono essere fortemente schermati per evitare perdite di campo magnetico che possono limitarne l'uso. Per questa ragione, c'è stata recentemente una notevole attività di ricerca per sviluppare tecnologie alternative. L'isolatore optomeccanico creato all'EPFL si unisce ad altri prototipi, come quelli che utilizzano giunzioni Josephson, che potrebbero formare una nuova piattaforma per costruire tali dispositivi in ​​futuro.