微波環行器 / 隔離器

訊號在導線上通常是雙向跑的，就像一條走廊，人可以從兩頭走。但在量子位元附近，雙向通行很危險：你沿著線往上送的微弱讀取訊號，會被反射和放大器雜訊沿原路送回來，而這股返回的能量會擾動你正想量測的那個位元。環行器就是一個打破這種對稱的小器件。它有三個排成一圈的連接埠，能量只能沿著環單向通過：從1埠進、從2埠出，絕不倒流。隔離器不過是把環行器的第三個埠接上一個低溫吸收負載，於是任何走錯方向的能量都被吞掉，而不是被反射回去。

這種單向行為來自磁性。器件裡面有一小塊鐵氧體材料，被一塊永久磁鐵的靜磁場穿過。這個磁場讓鐵氧體對順時針和逆時針傳播的微波作出不同的反應，於是器件成了非互易的：它真的把兩個方向當成不一樣的東西，而這是普通的導線加電容網路做不到的。在量子位元讀取鏈裡，環行器位於低溫各級，把位元的訊號引向放大器，同時把放大器的反作用和它的泵浦音調引入一個負載，從而把位元擋在這些雜訊之外。

誠實的代價是體積和規模化。這些鐵氧體加磁鐵的部件很笨重，有好幾公分大，而每條位元通道可能要用上兩三個，所以一台為幾百個位元佈線的冰箱，光是環行器和它們之間的線纜就已經塞滿了。磁鐵也和近旁的超導電路相處不來。正因如此，晶片上的、無磁體的非互易器件——用約瑟夫森接面或巧妙的有源電路做成——成了一個活躍的研究方向。它們前景看好，但還很早：如今的晶片上隔離器要麼頻段窄、要麼損耗大、要麼難以穩定製造，真正裝機用的，依然是笨重的商用環行器。