微波环行器 / 隔离器

信号在导线上通常是双向跑的，就像一条走廊，人可以从两头走。但在量子比特附近，双向通行很危险：你沿着线往上送的微弱读取信号，会被反射和放大器噪声沿原路送回来，而这股返回的能量会扰动你正想测量的那个比特。环行器就是一个打破这种对称的小器件。它有三个排成一圈的端口，能量只能沿着环单向通过：从1口进、从2口出，绝不倒流。隔离器不过是把环行器的第三个口接上一个低温吸收负载，于是任何走错方向的能量都被吞掉，而不是被反射回去。

这种单向行为来自磁性。器件里面有一小块铁氧体材料，被一块永磁体的静磁场穿过。这个磁场让铁氧体对顺时针和逆时针传播的微波作出不同的反应，于是器件成了非互易的：它真的把两个方向当成不一样的东西，而这是普通的导线加电容网络做不到的。在量子比特读取链里，环行器位于低温各级，把比特的信号引向放大器，同时把放大器的反作用和它的泵浦音调引入一个负载，从而把比特挡在这些噪声之外。

诚实的代价是体积和规模化。这些铁氧体加磁铁的部件很笨重，有好几厘米大，而每条比特通道可能要用上两三个，所以一台为几百个比特布线的冰箱，光是环行器和它们之间的线缆就已经塞满了。磁铁也和近旁的超导电路相处不来。正因如此，片上的、无磁体的非互易器件——用约瑟夫森结或巧妙的有源电路做成——成了一个活跃的研究方向。它们前景看好，但还很早：如今的片上隔离器要么频段窄、要么损耗大、要么难以稳定制造，真正装机用的，依然是笨重的商用环行器。