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    Carril unidireccional para microondas basado en interferencias mecánicas

    Implementación de un dispositivo optomecánico de circuito de microondas superconductor para la no reciprocidad. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2017). DOI:10.1038 / s41467-017-00447-1

    Los dispositivos que permiten enrutar señales de microondas son herramientas de ingeniería esenciales. En particular, aisladores, que permiten que las señales fluyan en una dirección pero las bloqueen en la otra, son necesarios para proteger los equipos sensibles de daños. Ahora, Los científicos de EPFL y la Universidad de Cambridge han demostrado un nuevo principio para desarrollar tales herramientas aprovechando el movimiento de tambores microscópicos. El estudio se publica en Comunicaciones de la naturaleza .

    El trabajo fue realizado por el laboratorio de Tobias Kippenberg en EPFL, con apoyo teórico del grupo de Andreas Nunnenkamp de la Universidad de Cambridge. Todas las muestras se fabricaron en el Centro de MicroNanoTechnology (CMi) de EPFL. El dispositivo demostrado consta de dos circuitos de microondas superconductores resonantes que están conectados a través de un condensador compartido. La membrana metálica superior de este condensador flota libremente y soporta oscilaciones mecánicas, actuando como un micro-tambor, sólo 30 micrones de diámetro.

    Las vibraciones modifican las frecuencias de resonancia de los circuitos de microondas y modulan las señales. En cambio, el campo eléctrico de señales ejerce una fuerza que cambia el movimiento del tambor. Esta interacción bidireccional permite la conversión de señales de un circuito de microondas a otro; la señal entrante se convierte primero en un movimiento vibratorio, y luego el movimiento en sí mismo se convierte en una segunda señal que emerge del otro circuito.

    En el experimento, Se utilizan dos modos diferentes de oscilación del movimiento del micro-tambor. Estos representan dos caminos para que las señales de microondas se conviertan de un circuito a otro, resultando en interferencia, cuales, asombrosamente, no es simétrico en ninguna dirección de conversión de señal.

    El sistema se puede sintonizar de tal manera que se produzcan interferencias positivas en una dirección, mientras que la interferencia destructiva ocurre en el otro. Esto realiza un aislador de microondas que permite que las señales se propaguen solo en una dirección elegida, y los parámetros se pueden modificar sobre la marcha, permitiendo el uso dinámicamente reconfigurable del aislador, cambiando instantáneamente su dirección.

    Si bien los aisladores de microondas comerciales son comunes, normalmente se basan en materiales de ferrita magnética y fuertes campos magnéticos. Esto los hace poco prácticos para usar con qubits superconductores, que se están convirtiendo en los principales candidatos para usar como bloques de construcción para una computadora cuántica. Pero la vida útil de los frágiles estados cuánticos de los qubits se ve fácilmente perturbada por campos magnéticos, lo que significa que los aisladores de ferrita deben estar fuertemente blindados para evitar fugas de campos magnéticos que pueden limitar su uso. Por esta razón, Recientemente ha habido una importante actividad de investigación para desarrollar tecnologías alternativas. El aislador optomecánico creado en EPFL se une a otros prototipos, como los que utilizan uniones Josephson, que podrían formar una nueva plataforma para construir tales dispositivos en el futuro.

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